Humanoide Roboter in der Physiotherapie

Interview mit Prof. Martin Giese

Ein Interview mit dem Neurowissenschaftler vom Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) über humanoide Roboter in der Physiotherapie, Computerspiele auf Rezept – und die Faszination für Technik seit Kindertagen.

Die "Internationale Woche des Gehirns", die in diesem Jahr vom 11. bis zum 17. März stattfindet, hat das Ziel, das öffentliche Bewusstsein für den Erkenntnisfortschritt in der Hirnforschung zu schärfen. Zu diesem Anlass sprachen wir mit Prof. Martin Giese über das EU-Verbundprojekt CogIMon (Cognitive Interaction in Motion), an dem er mit Wissenschaftlern aus drei weiteren Ländern arbeitet. Die Forscher entwickeln Trainingsprogramme in virtueller Realität und humanoide Roboter, also Maschinenwesen, deren Konstruktion der menschlichen Gestalt nachempfunden ist. Beides soll langfristig die Therapie von Koordinationsstörungen unterstützen.

Herr Prof. Giese, worum geht es in dem Projekt CogIMon genau?

Es geht einerseits darum, mit einem Roboter menschliche Verhaltensweisen zu realisieren. Bisher können diese Maschinen ja nur relativ einfache Sachen machen. Wir arbeiten jetzt daran, dass der Roboter ein interaktives Training mit Patienten absolvieren kann, ihnen zum Beispiel Bälle zuwirft – ohne selbst dabei umzukippen.

Ihr Roboter heißt Coman – können Sie ihn bitte kurz vorstellen?

Coman ist etwa 93 Zentimeter groß und wiegt 60 Kilo, er hat also Übergewicht. Er ist ein klassischer humanoider Roboter. Sein großer Bruder, an dem wir nun weiterarbeiten, heißt Coman plus, und der ist bereits etwas Besonderes: Im Gegensatz zu klassischen Robotern, die starr sind, ist dieser Roboter compliant, d.h. nachgiebig. Wenn man auf ihn eine Kraft ausübt, verformt er sich elastisch, ähnlich wie der menschliche Körper. Daher ist er für das Zusammenspiel mit dem Menschen besser geeignet. Andererseits ist die Regelung solcher nachgiebiger Roboter wesentlich schwieriger, damit der Roboter z.B. beim Werfen eines Balles nicht nach hinten umkippt. Gegenüber  seinem kleinen Bruder hat Coman plus wesentlich höhere Kräfte und kann mit seinen Armen bis zu 30 Kilo tragen.

Also darf man ihn noch nicht auf Patienten loslassen?

Bisher nicht. Wir testen gerade, wie Coman überhaupt bei den Patienten ankommt, ob sie ihm gegenüber offen sind, und wie das Zusammenspiel funktioniert. Zurzeit ist das System noch nicht zuverlässig genug, um es in der Praxis einzusetzen. Die existierenden kommerziellen Rehabilitationsroboter sind meistens für sehr spezielle Aufgaben ausgelegt, z.B. Gehen üben oder Armtraining. Mit Hilfe eines humanoiden Roboters könnte man langfristig viel flexibler werden und somit auch die Physiotherapeuten entlasten. Das System wäre dann nicht nur stationär an einen Ort gebunden, sondern könnte in variablen Umgebungen eingesetzt werden. Das Ziel ist es also, eine Art menschenähnlichen Begleiter zu haben, der alle möglichen Trainingsaufgaben übernehmen kann. In zehn Jahren wäre so etwas vielleicht denkbar.

Für welche Patienten wäre dieses Training geeignet?

Wir arbeiten vor allem mit Patienten mit Bewegungsstörungen, z.B. Ataxien, die durch Störungen im Kleinhirn ausgelöst werden. In Studien konnten wir zeigen, dass diese Patienten erheblich von Koordinationstraining profitieren. Es handelt sich bei der Ataxie ja um eine fortschreitende degenerative Erkrankung, doch durch das Training gewinnen die Betroffenen etwa eineinhalb Jahre. Andere Studien zeigen, dass das motorische Training sogar die Entwicklung von Symptomen bei genetisch bedingter Ataxie herauszögern kann. Da hilft uns die Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Seltene Erkrankungen von Prof. Ludger Schöls hier am HIH sehr, denn es ist nicht einfach für diese Studien hinreichend große Patientengruppen zu bekommen, in denen man vergleichbare genetischen Voraussetzungen vorfindet.  

Im CogIMon-Projekt arbeiten Sie auch an einer Brille, mit der so genannte Virtuelle Realität (VR) erzeugt werden kann. Was macht diese Brille genau?

Mit der VR-Brille hat der Patient das Gefühl, als würde er sich in Echtzeit durch eine 3D-Welt bewegen. Je nach Spiel und Software kann man den Patienten dann bestimmte physiotherapeutische Übungen „spielen“ lassen. Die VR-Technologie ist im Computerspielebereich weit verbreitet, deshalb sind die Systeme mittlerweile sehr robust und mit ca. 200 Euro preisgünstig. So eine Brille kann der Patient dann auch mit nach Hause nehmen.

Wird es diese therapeutischen Spiele irgendwann auf Rezept geben?

Da bin ich mir hundertprozentig sicher. Die Kosten sind gering, und wer die Hardware schon hat, braucht nur eine spezielle Software. Wenn man dann zusätzlich die Bewegungen analysiert, lassen sich diese Informationen nutzen, um das Spiel und die Aufgaben an die Fähigkeiten der Patienten anzupassen. Da gibt es ein enormes Entwicklungspotenzial.

Die VR-Technologie ist weit verbreitet, deshalb sind die Systeme mittlerweile sehr robust und preisgünstig. So eine Brille kann der Patient auch mit nach Hause nehmen.

Wie sieht Ihre Forschung zu der VR-Brille gerade aus?

Wir machen Studien dazu, wie die Patienten mit der Brille zurechtkommen und ob motorisches Lernen stattfindet. Eine große Frage ist, ob dieses Lernen auf Aufgaben übertragen werden kann, die im Alltag relevant sind.

VR-Brille, Roboter - was ist die Chance, die für uns Menschen in dieser Technik steckt?

Ein großer Vorteil ist die Trainingsintensität, die für die Patienten erreicht werden kann. Bisher ist es doch so: Der Patient geht drei Mal in der Woche für 20 Minuten zur Physiotherapie, alles andere wäre finanziell auch nicht machbar. Und dann soll er zuhause seine Übungen absolvieren. Vor allem für Kinder und Jugendliche ist das wenig motivierend, dabei profitieren zum Beispiel junge Ataxie-Erkrankte ganz besonders von regelmäßigem Training. Mit der Brille, die der Patient mit nach Hause nehmen kann, kann er jeden Tag eine Stunde trainieren.

... und sitzt eventuell immer allein mit der VR-Brille zuhause rum. Fehlt hier nicht der menschliche Kontakt?

Ich glaube nicht, dass solche Systeme auf Dauer das Fachwissen und die Flexibilität von Physiotherapeuten ersetzen können. Die VR-Brille ist eine zusätzliche Möglichkeit für die Patienten, und auch der Roboter wird in der Physiotherapie immer nur der Assistent des Menschen bleiben.

Die CogIMon-Förderung läuft im Mai aus. Wie geht es weiter?

Wir planen ein neues Projekt ähnlicher Richtung, allerdings mit einem größeren Spektrum  von Trainingsgeräten. Wir haben dafür eine große Reha-Klinik mit im Konsortium, die vor allem Schlaganfallpatienten betreut. Das neue Projekt wird auch näher an der kommerziellen Anwendung sein. Die humanoiden Roboter sind einfach noch nicht robust genug, um sie in den nächsten fünf Jahren auf Patienten „loszulassen“. Es wäre für die Betroffenen auch viel zu anstrengend, wenn sie mitten im Training erst mal eine Stunde warten müssten, bis der Techniker den Roboter nach einer Panne wieder flott gemacht hat. So sieht es in der Praxis mit diesen Systemen bisher noch aus.       

Sie sind Neurowissenschaftler, kennen sich aber auch mit Technik und Robotik aus. Welche Ausbildung haben Sie genau?

Ich habe Psychologie und Elektrotechnik parallel studiert und meine Doktorarbeit über neuronale Netze geschrieben, das war 1998. Schon damals war das Thema künstliche Intelligenz sehr populär; es ist interessant, dass das gleiche Thema jetzt ein zweites Mal so großes öffentliches Interesse findet.

Was fasziniert Sie an Ihrer Arbeit?

Vor allem, dass wir versuchen Strukturen, die wir aus der Biologie kennen, in technische Systeme zu übersetzen. Also menschliche Bewegungen auf Maschinen bzw. Roboter zu übertragen. Und am Ende begeistert mich natürlich der Nutzen, den diese Anwendungen für die Patienten hat.

Hat Sie Technik schon früh interessiert?

Ja, als Schüler habe ich bereits Mikroprozessorsysteme zusammengelötet. Die habe ich dann in Maschinensprache durch Eingeben von Binärcodes programmiert - da gab es den PC noch gar nicht.

Wie schalten Sie nach einem langen Arbeitstag ab?

Ich beschäftige mich mit meiner Familie, meiner Frau und meinem Sohn. Außerdem betreibe ich den Kampfsport Jiu Jitsu - das hat ja auch etwas mit Bewegung zu tun.

Haben Sie zuhause eigentlich einen Staubsaugerroboter?

Nein, bisher nicht. Dazu hat unser Haus zu viele Treppen.

Das Interview führte Rena Beeg, newskontor, für die Gemeinnützige Hertie-Stiftung

Das hertie-institut für klinische hirnforschung

Das Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) in Tübingen ist eines der bundesweit größten und modernsten Zentren zur Erforschung neurologischer Erkrankungen. Es wurde 2001 von der Gemeinnützigen Hertie-Stiftung, dem Land Baden-Württemberg, der Eberhard-Karls-Universität Tübingen, ihrer medizinischen Fakultät sowie dem Universitätsklinikum Tübingen gegründet und 2004 eröffnet. Die Fördermittel der Hertie-Stiftung betragen mehr als 50 Mio. Euro.

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