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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Sogenannte künstliche Exoskelette dienen beispielsweise dazu, schwere Lasten einfacher zu tragen. Bei solchen Exoskeletten handelt es sich im Allgemeinen um äußere Stützstrukturen, unter anderem um Rüstungen, die Bewegungen eines Trägers mithilfe von Servomotoren angetriebenen Gelenken unterstützen oder verstärken können. Zum Einsatz kommen Exoskelette auch zu Rehabilitationszwecken im medizinischen Bereich und in asiatischen Ländern auch zunehmend im geriatrischen Bereich zur Unterstützung älterer, gebrechlicherer Menschen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Elektrode für ein Exoskelett, eine Steuereinheit zum Verarbeiten elektrischer Signale einer Elektrode für ein Exoskelett, ein Exoskelett, ein Verfahren zum Betreiben eines Exoskeletts, ein Verfahren zum Herstellen eines Exoskeletts, weiterhin eine Vorrichtung, die diese Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Der hier beschriebene Ansatz schafft eine Elektrode für ein Exoskelett, wobei die Elektrode folgende Merkmale aufweist:
- eine Trägerschicht;
- zumindest einen an der Trägerschicht angeordneten Vorsprung, der ausgebildet ist, um die Elektrode in einer Hautschicht eines Trägers des Exoskeletts zu verankern und eine gute elektrische Verbindung zu einer Gewebsflüssigkeit in der Hautschicht sicherzustellen; und
- eine Anpressvorrichtung zum Anpressen der Elektrode an die Haut des Trägers.
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Unter einem Exoskelett kann eine äußere Stützstruktur, insbesondere beispielsweise ein Robotoranzug, verstanden werden. Das Exoskelett kann mehrere Stützelemente aufweisen, die beispielsweise über verschiedene Gelenke beweglich miteinander verbunden sein können. Beispielsweise kann der Aufbau des Exoskeletts dem Aufbau menschlicher Gliedmaßen nachempfunden sein und dazu dienen, die betreffenden Gliedmaßen in ihrer Funktion zu unterstützen. Hierzu kann das Exoskelett mit mehreren Elektromotoren als Antriebseinheiten ausgestattet sein. Die Elektrode kann dazu dienen, myoelektrische Signale, d. h. von Muskel- oder Nervenzellen erzeugte elektrische Signale, zu erfassen. Diese Signale können beispielsweise zur Ansteuerung der Elektromotoren verwendet werden, um das Exoskelett synchron mit den Bewegungen der Gliedmaßen zu bewegen. Unter einer Trägerschicht kann ein Substrat verstanden werden, auf dem zumindest einen Vorsprung angeordnet ist. Unter einem Vorsprung kann vorliegend ganz allgemein eine erhabene Struktur, beispielsweise eine Spitze oder Nadel verstanden werden. Der Einfachheit halber, jedoch ohne Beschränkung auf die Allgemeinheit der Ausführungen zu dem Vorsprung, wird in der vorliegenden Beschreibung nachfolgend von einer Nadel gesprochen, wobei der Begriff „Nadel“ hier synonym für den Begriff „Vorsprung“ verwendet wird. Beispielsweise kann die Nadel oder der Vorsprung in einem geeigneten Fertigungsverfahren aus der Trägerschicht ausgeformt sein und somit aus dem gleichen Material wie die Trägerschicht bestehen. Insbesondere können die Nadel und die Trägerschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt sein. Bei der Nadel kann es sich insbesondere um eine besonders kleine Mikronadel handeln, deren Länge in etwa einer Tiefe derjenigen Hautschicht entsprechen kann, in der die Nadel verankert werden soll. Beispielsweise kann die Nadel derart in der Haut des Trägers verankerbar sein, dass die Nadel Kontakt mit interstitieller Flüssigkeit hat. Hierzu kann der Vorsprung bzw. die Struktur oder Nadel mit Widerhaken, etwa mit einer entsprechenden Einschnürung, ausgeformt sein. Unter einer Anpressvorrichtung kann ein Mittel zum Ausüben eines Drucks auf die Elektrode verstanden werden. Beispielsweise kann der Druck über die Trägerschicht auf die Nadeln ausgeübt werden.
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Der hier vorgestellte Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass für die Muskelbewegung notwendige elektrische Signale mittels einer in der Haut verankerbaren Elektrode an ein Exoskelett übermittelt werden können, um dieses unter Verwendung der elektrischen Signale anzusteuern. Eine derartige Elektrode bietet den Vorteil einer zuverlässigen und dennoch leicht zu lösenden elektrischen Kontaktierung bei Hautkontakt. Dies kann etwa mittels einer Mikrostrukturierung der Kontaktflächen erreicht werden, die durch eine entsprechende Oberflächenrauheit einen ähnlichen Effekt erzielen kann wie ein Klettverschluss, wobei die Verbindungskraft sehr gut einstellbar ist und oft gering ausfallen kann.
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Beispielsweise kann die Elektrode eine mikroskopisch kleine Spitze oder einen entsprechend kleinen Haken als Nadel oder Vorsprung aufweisen, der auf oder in der äußersten Hautschicht verankert werden kann. Dabei durchdringt die Nadel das Stratum corneum, d. h. die äußersten, abgestorbenen Hautlagen, und stellt einen direkten Kontakt zur interstitiellen Flüssigkeit her, womit die elektrischen Körpersignale der in der dortigen Region liegenden Nervenenden und Muskelfasern zuverlässig erfasst und abgeleitet werden können.
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Dabei liegt die Länge und damit die maximale Eindringtiefe im Bereich von 0,01 bis 1,0 mm, noch besser im Bereich von 0,05 bis 0,7mm und am besten im Bereich von 0,15 bis 0,4 mm. Damit kann sichergestellt werden, dass die Eindringtiefe und Verankerung der Strukturen nur in der obersten Hautschicht (Epidermis) erfolgt und keine Nervenenden und Blutgefäße tangiert werden. Somit wird der Tragekomfort sichergestellt.
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Durch die höhere Empfindlichkeit können die Elektroden kleiner ausgeführt werden, wodurch auch eine größere Anzahl Elektroden eingesetzt werden kann und die räumliche Auflösung der gemessenen Signale wesentlich gesteigert werden kann. Dies erlaubt eine wesentlich präzisere Steuerung des Exoskeletts.
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Je nach Ausführungsform kann ein derartiges Mikroelektrodensystem Teil eines Pflasters oder Patches sein, das am Körper aufgeklebt werden kann und zum Anpressen der Elektrode dient, wobei die Klebekraft durch die Elektroden deutlich reduziert werden kann. Denkbar ist aber auch eine Befestigung über ein (Gummi-) Band, vergleichbar mit einer Brustelektrode bei Pulsuhren, oder mittels eines (insbesondere aufblasbaren) Polsters, das im Exoskelett liegt und im aufgeblasenen Zustand die Elektroden sanft anpresst.
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Bei dem Exoskelett handelt es sich beispielsweise um einen Robotoranzug, auch bekannt als Hybrid Assistive Limb (hybride unterstützende Gliedmaße) oder kurz HAL. Das Exoskelett nutzt Sensoren, die auf der Haut des Trägers angebracht werden und bioelektrische Signale ableiten. Die Signale basieren auf myoelektrischen Signalen eines zu unterstützenden Muskels. Basierend auf den erhaltenen Signalen kann ein Energieteil des Exoskeletts ein Gelenk in Übereinstimmung mit der Muskelbewegung des Trägers bewegen. Mittels einer Elektrode gemäß dem hier beschriebenen Ansatz kann nun das Anlegen des Exoskeletts und/oder das Anbringen der notwendigen Sensoren deutlich vereinfacht werden, indem der sensorische Kontakt beim Anlegen des Exoskeletts zuverlässig und bequem hergestellt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Nadel bzw. der Vorsprung eingeschnürt ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich kann die Nadel oder der Vorsprung harpunenförmig ausgestaltet sein. Dadurch kann die Nadel oder der Vorsprung leicht in die Haut eingeführt und zuverlässig darin verankert werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn eine Oberfläche der Nadel oder des Vorsprungs zumindest abschnittsweise metallisiert ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine Oberfläche der Trägerschicht metallisiert oder elektrisch leitfähig sein. Dadurch kann die elektrische Leitfähigkeit der Nadel, des Vorsprungs bzw. der Trägerschicht verbessert werden.
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Je nach Ausführungsform kann die Nadel bzw. der Vorsprung oder die Trägerschicht oder beides aus Metall, Kunststoff oder Silizium oder einer Kombination dieser Materialien hergestellt sein. Dadurch lässt sich die Elektrode sehr einfach und kostengünstig herstellen und flexibel an unterschiedliche Einsatzzwecke anpassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Elektrode eine Kontaktierungsleitung zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der Nadel bzw. Vorsprung und einer externen Steuereinheit aufweisen. Bei der Kontaktierungsleitung handelt es sich beispielsweise um einen Draht oder eine Leiterbahn. Dadurch kann die Nadel bzw. der Vorsprung sehr einfach mit der externen Steuereinheit verbunden werden. Bei der Steuereinheit kann es sich um eine Einheit zum Steuern einer oder mehrerer Antriebselemente des Exoskeletts handeln.
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Je nach Ausführungsform kann die Anpressvorrichtung einen Klebestreifen, ein elastisches Band oder ein, insbesondere aufblasbares, Luftpolster oder eine Kombination aus mehreren der genannten Mittel umfassen. Dadurch kann mit geringem Kosten- und Materialaufwand eine zuverlässige und dauerhafte Verankerung der Nadel bzw. des Vorsprungs in der Hautschicht gewährleistet werden. Zudem kann die Nadel dadurch mit kontrolliertem Druck in die Haut eingeführt werden.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft ferner eine Steuereinheit zum Verarbeiten elektrischer Signale zumindest einer Elektrode gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen. Hierbei kann die Steuereinheit über zumindest eine Kontaktierungsleitung elektrisch leitfähig mit der Nadel bzw. dem Vorsprung verbindbar oder verbunden sein. Dadurch wird eine Steuerung des Exoskeletts in Abhängigkeit von Körperbewegungen des Trägers ermöglicht.
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Die Steuereinheit ermöglicht weiterhin die Detektion des Elektrodenkontakts beim Anlegen des Exoskeletts sowie deren Überwachung während der Benutzung durch die Messung des Widerstands zwischen mindestens zwei Elektroden. Damit kann ein korrektes Anlegen und Platzieren der Elektroden mittels der Ansteuerung der Anpressvorrichtung sichergestellt werden. Zudem schafft der hier beschriebene Ansatz ein Exoskelett mit folgenden Merkmalen:
- mindestens einer Elektrode gemäß einer der hier vorgestellten Ausführungsformen; und
- einer Steuereinheit gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform.
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Hierbei kann die Elektrode zwischen einem Stützelement des Exoskeletts und einem Körperteil des Trägers angeordnet oder anordenbar sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise in das Stützelement integriert oder integrierbar sein. Beispielsweise kann das Exoskelett ferner noch zumindest ein Antriebselement aufweisen, das ansprechend auf ein von der Steuereinheit ausgegebenes Signal aktivierbar ist. Beispielsweise kann durch das Antriebselement ein Arm oder ein Bein des Exoskeletts bewegt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Exoskelett zumindest eine weitere Elektrode mit einer weiteren Trägerschicht und zumindest einer an der weiteren Trägerschicht angeordneten weiteren Nadel bzw. weiteren Vorsprung aufweisen, wobei die Nadel /weitere Nadel bzw. der Vorsprung / weitere Vorsprung ausgebildet sein kann, um die weitere Elektrode in der Hautschicht des Trägers zu verankern und eine elektrische Verbindung zur Gewebsflüssigkeit herzustellen. Beispielsweise können die Elektrode und die weitere Elektrode einander gegenüberliegend an einem Körperteil des Trägers angeordnet oder anordenbar sein. Dadurch kann die Genauigkeit, mit der Bewegungen des Trägers erfasst werden können, deutlich verbessert werden.
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Darüber hinaus schafft der hier beschriebene Ansatz ein Verfahren zum Betreiben eines Exoskeletts gemäß einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Einlesen eines von der Elektrode bereitgestellten elektrischen Signals; und
- Steuern des Exoskeletts unter Verwendung des elektrischen Signals.
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Die Schritte des Einlesens und Steuerns können während eines Betriebs des Exoskeletts fortlaufend und/oder wiederholt durchgeführt werden.
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Schließlich schafft der hier vorgeschlagene Ansatz ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für ein Exoskelett, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst:
- Ausbilden zumindest einer Nadel bzw. Vorsprung an einer Trägerschicht, wobei die Nadel oder Vorsprung ausgebildet wird, um die Elektrode in einer Hautschicht eines Trägers des Exoskeletts zu verankern und eine elektrische Verbindung zu einer Gewebsflüssigkeit in der Hautschicht herzustellen.
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Die Verfahren können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht;
- 2 eine schematische Darstellung einer Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht;
- 3 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel in dreidimensionaler Ansicht;
- 4 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Elektrode aus 3 in der Seitenansicht;
- 5 eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel in dreidimensionaler Ansicht;
- 6 eine stark vergrößerte Darstellung eines metallisierten Abschnitts einer Nadel einer Elektrode gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7 eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Exoskeletts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Exoskeletts gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Exoskeletts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrode 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht. Die Elektrode 100 umfasst eine Trägerschicht 102 sowie beispielhaft sechs auf der Trägerschicht 102 angeordnete Vorsprünge 104, die auch synonym als Nadeln104, erhabene Strukturen 104 oder Spitzen 104 bezeichnet werden können. Die Vorsprünge 104 dienen dazu, die Elektrode 100 beim Einführen in die Haut eines Trägers eines Exoskeletts in einer bestimmten Hautschicht zu verankern und dabei eine elektrisch leitende Verbindung mit einer Gewebsflüssigkeit, auch interstitielle Flüssigkeit genannt, in der Hautschicht herzustellen. Ferner ist die Elektrode 100 mit einer Anpressvorrichtung 106 realisiert, die ausgebildet ist, um einen Anpressdruck auf die Trägerschicht 102 und die darauf befindlichen Vorsprünge 104 auszuüben und somit eine sichere Verankerung der Elektrode 100 in der Haut zu gewährleisten. Eine entsprechende Anpressrichtung ist mit einem Pfeil markiert. Je nach Ausführungsform ist die Anpressvorrichtung 106 beispielsweise als Klebestreifen, elastisches Band oder aufblasbares Luftpolster realisiert, wie nachfolgend anhand von 7 näher beschrieben.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jede der Spitzen 104 im Bereich eines Nadelsockels, an dem die Spitzen 104 in die Trägerschicht 102 übergehen, mit einer Einschnürung 108 realisiert, wobei die Spitzen 104 an den Einschnürungen 108 jeweils den geringsten Querschnitt aufweisen. Ausgehend von den Einschnürungen 108 verjüngt sich ein jeweiliger Querschnitt der Strukturen 104 zu einer Spitze. Die Strukturen 104 weisen somit jeweils eine einem Widerhaken ähnelnde, harpunenartige Form auf, die bewirkt, dass die Spitzen 104 leicht in die Haut eingeführt und sicher darin verankert werden können.
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Optional sind die Spitzen 104 zumindest abschnittsweise metallisiert, d. h. mit einer elektrisch leitfähigen Metallschicht 110 überzogen. Gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein oberhalb der Einschnürung 108 befindlicher, sich zu der Spitze verjüngender oberer Abschnitt der Strukturen 104 mit der Metallschicht 110 überzogen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrode 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht. Die Elektrode 100 entspricht im Wesentlichen der anhand von 1 beschriebenen Elektrode, mit dem Unterschied, dass die Trägerschicht 102 gemäß diesem Ausführungsbeispiel als hochdotierter Trägerwafer mit mehreren Siliziumdurchkontaktierungen 200 realisiert ist, die jeweils eine elektrische Kontaktierung der Nadeln 104 durch die Trägerschicht 102 ermöglichen. Auf einer Oberfläche der Trägerschicht 102, auf der auch die Nadeln 104 angeordnet sind, befinden sich mehrere elektrisch leitfähige, beispielsweise metallische Kontaktflächen 202, die dazu dienen, die elektrische Leitfähigkeit der Trägerschicht 102 zu erhöhen, insbesondere auch zwischen den einzelnen Spitzen 104.
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Die nachfolgend beschriebenen 3 bis 6 stellen verschiedene Designs möglicher mikrostrukturierter Elektrodenaufbauten dar.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Elektrode 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel in dreidimensionaler Ansicht. Bei der Elektrode 100 handelt es sich beispielsweise um eine anhand der 1 und 2 beschriebene Elektrode. Zu erkennen sind sechs Spitzen 104 mit einer pyramidenartigen, spitz zulaufenden Form.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Elektrode 100 aus 3 in der Seitenansicht.
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5 zeigt eine Darstellung eines Abschnitts einer Elektrode 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel in dreidimensionaler Ansicht. Im Unterschied zu den in 3 gezeigten Spitzen weisen die Strukturen 104 gemäß 5 zusätzlich die Einschnürung 108 am Nadelsockel auf. Ferner sind die Strukturen 104 oberhalb der Einschnürung 108 obeliskartig mit einer pyramidenförmigen Nadelspitze 500 ausgeformt.
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6 zeigt eine stark vergrößerte Darstellung eines metallisierten Abschnitts einer Spitze 104 einer Elektrode 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei der Elektrode 100 handelt es sich beispielsweise um eine anhand der 1 bis 5 beschriebene Elektrode. Die Metallschicht 110 auf der Elektrodenfläche weist beispielsweise eine Dicke von etwa 100 nm auf.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Exoskeletts 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Exoskelett 700 umfasst beispielhaft ein erstes Stützelement 702 und ein zweites Stützelement 703, die einander gegenüberliegend an einer Extremität 704, etwa eines Armes oder eines Beines, eines Trägers des Exoskeletts 700 angeordnet sind. Die beiden Stützelemente 702, 703 stellen die an der Extremität 704 zu befestigenden Teile des Exoskeletts 700 dar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Exoskelett 700 die Elektrode 100, etwa eine Elektrode, wie sie vorangehend anhand der 1 bis 6 beschrieben ist, sowie eine weitere Elektrode 706, die analog zur Elektrode 100 aus einer weiteren Trägerschicht und zumindest einer auf der weiteren Trägerschicht angeordneten weiteren Strukturen zum Verankern der weiteren Elektrode 706 in der Haut des Trägers sowie zum elektrischen Kontaktieren der Gewebsflüssigkeit aufgebaut ist. Die beiden Elektroden 100, 706 sind beispielsweise mikrostrukturiert. Hierbei ist die Elektrode 100 zwischen dem ersten Stützelement 702 und der Extremität 704 und die weitere Elektrode 706 zwischen dem zweiten Stützelement 703 und der Extremität 704 angeordnet, wobei die beiden Elektroden 100, 706 über entsprechende Leitungen elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind.
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Die Anpressvorrichtung 106 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Luftpolsterreifen oder als ein Luftpolstersegment realisiert, wobei die Anpressvorrichtung 106 in Form des Luftpolsterreifens bzw. des Luftpolstersegments zwischen dem ersten Stützelement 702 und der Elektrode 100 sowie zwischen dem zweiten Stützelement 703 und der weiteren Elektrode 706 angeordnet ist. Die Elektroden 100, 706 sind beispielsweise auf der Anpressvorrichtung 106 angebracht. Durch Variation der darin enthaltenen Luft kann erreicht werden, dass die Elektroden 100, 706 eng an der Extremität 704 anliegen, wobei der Kontakt der Elektroden 100, 706 mit der interstitiellen Flüssigkeit in der Extremität 704 hergestellt wird. Hingegen wird durch Ablassen der Luft ein bequemes An- und Ablegen des Exoskeletts 700 ermöglicht.
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Die beiden Elektroden 100, 706 sind über eine elektrische Anschlussverbindung 708, hier einen Draht, mit einer Steuereinheit 710 zum Steuern des Exoskeletts 700 elektrisch leitfähig verbunden. Die Steuereinheit 710 ist ausgebildet, um von den beiden Elektroden 100, 706 bereitgestellte Signale 713 zu verstärken oder weiterzuleiten oder direkt auszuwerten oder zu interpretieren. Beispielsweise leitet die Steuereinheit 710 unter Verwendung der Signale 713 eine gewünschte Funktion wie etwa einen bestimmten Bewegungsvorgang des Exoskeletts 700 ein.
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Das Exoskelett 700 ist mit einem optionalen Polsterelement 712 realisiert, das eine gepolsterte Verbindung zwischen der Extremität 704 und den beiden Stützelementen 702, 703 herstellt. Das Polsterelement 712 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel keine Elektroden auf.
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Die beiden Stützelemente 702, 703 sind gemäß 7 über je ein Gelenk 714 mit weiteren, hier nicht sichtbaren Elementen des Exoskeletts 700 beweglich verbunden. Die Gelenke 714 können mittels geeigneter Servomotoren elektrisch angetrieben werden. Entsprechend kann die Steuereinheit 710 ausgebildet sein, um die Servomotoren unter Verwendung der Signale 712 anzusteuern.
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8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Betreiben eines Exoskeletts gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 800 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einem vorangehend anhand von 7 beschriebenen Exoskelett durchgeführt werden. Das Verfahren 800 umfasst einen Schritt 810, in dem ein von einer Elektrode des Exoskeletts bereitgestelltes elektrisches Signal eingelesen wird. In einem weiteren Schritt 820 wird das Exoskelett unter Verwendung des elektrischen Signals gesteuert.
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Insbesondere kann ein Schritt des Messens eines elektrischen Widerstands zwischen Elektroden zur Überwachung und/oder Steuerung einer Anpresseinheit erfolgen, wobei dann ein Schritt des Anpressens der Elektrode auf einen Körperteil eines Nutzers des Exoskeletts ansprechend auf den gemessenen Widerstand erfolgen kann.
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9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zum Herstellen eines Exoskeletts gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa eines Exoskeletts, wie es vorangehend anhand von 7 beschrieben ist. Das Verfahren 900 umfasst einen Schritt 910, in dem an einer zuvor bereitgestellten Trägerschicht zumindest eine Nadel ausgebildet wird. Die zumindest eine Nadel wird derart ausgebildet, dass die Elektrode mittels der Nadel in einer Hautschicht eines Trägers des Exoskeletts verankert und hierbei eine elektrische Verbindung zu einer Gewebsflüssigkeit in der Hautschicht hergestellt werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine eigentliche Kontaktfläche der Elektrode zur Haut als metallisierte Struktur, etwa aus Silber, Titan, Platin oder Gold, hergestellt. Denkbar ist aber auch eine Kontaktfläche aus Kohlenstoff oder dotiertem Silizium. Die Strukturierung der Elektroden erfolgt beispielsweise im Hauptmaterial, d. h. in der Trägerschicht. Diese kann aus Metall, insbesondere beispielsweise Edelstahl, sein. Entsprechend erfolgt die Bearbeitung der Trägerschicht durch Mikroerosion, chemisches Ätzen oder Laserbearbeitung. Auch Kunststoffe oder Polymere sind als Grundmaterial denkbar, wenn die elektrische Leitfähigkeit sichergestellt wird. Eine entsprechende Abformung kann mittels Spritzguss oder Gießen erfolgen. Besonders vorteilhaft ist eine Mikrostrukturierung der Elektrodenfläche aus Silizium in einem mikrosystemtechnischen Verfahren wie etwa Fotolithografie, Sputtern, Nassätzen oder Plasmaätzen.
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Durch den guten Kontakt kann die Fläche der Elektrode deutlich reduziert werden, was den Aufbau und das Anlegen des Exoskeletts wesentlich erleichtern kann.
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Die metallisierte Elektrodenoberfläche einer derartigen Mikroelektrode zur einfachen Übertragung von Steuerungssignalen und zur Kontrolle von Exoskeletten kann Spitzen und optionale Einschnürungen als Nadeln aufweisen, die eine bessere Haftung an der Haut gewährleisten. Die Elektrode kann je nach Ausführungsform ganz oder teilweise metallisiert sein. Wird Silizium als ein zu strukturierendes Grundmaterial verwendet, so kann dieses bei ausreichender Dotierung so leitfähig gemacht werden, dass eine direkte Ableitung der durch die Elektrode erzeugten Signale möglich ist.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
