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Test first

Damit wir bieten können, was wir versprechen, testen wir was möglich ist. 

Folgende Ergebnisse wurden an der ETH Zürich erstellt.

#test-then-talk

Verstehen

Zum Nachweis unser Entwicklung prüfen wir unsere Ergebnisse akribisch. Das BionicBack wurde an der ETH Zürich im Testlabor von uns geprüft. Durch die verwendete Messtechnik können wir die Entlastung muskelspezifisch zuverlässig nachweisen. Das Ziel unserer Untersuchungen ist es, die Ermüdung und die Entlastung in den betroffenen Muskeln zu messen. Unser gesamtheitlicher Ansatz zielt nicht nur auf die Maximierung der Unterstützung ab, sondern fokussiert sich auf die optimale Abstimmung aller miteinbezogenen Faktoren.
Die Wirkweise von Exoskeletten liegt aber zentral in der Beeinflussung biomechanischer Parameter. Diese lassen sich beispielsweise durch die sogenannte Oberflächen-Elektromyographie mesen.

 

tested at

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MESSEN

In der Oberflächen-Elektromyographie geben Klebeelektroden die Muskelaktivität in Form des elektrischen Potentials wider. Damit können später in der Analyse die Muskelanstrengung und Ermüdungsparameter ausgelesen werden.

Zur Überprüfung des BionicBacks wurde jeder Proband mit Elektroden an den am Heben zentral beteiligten Muskeln ausgestattet: Muskeln zur Streckung der Wirbelsäule im Rücken, Muskeln zur Streckung der Hüfte in Gesäß und Oberschenkelrückseite und Muskeln zur Stabilisierung des Rumpfes im Bauch wurden gemessen.

 

Der Nutzen des Systems zeigt sich im Vergleich der Anstrengungs- und Ermüdungsparameter: Ohne Unterstützung vs. Mit Unterstützung durch das BionicBack.

#Messmethode sEMG

(Oberflächenelektroden) 

Studiendesign: Dr. Felix Thomas

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Test

Um die Anwendung im Arbeitsalltag optimal abzubilden, absolvierte jeder Proband dynamische Hebebewegungen, sowie Halteaufgaben in tiefer Zwangshaltung. Jede Aufgabe wurde mit 20kg Testgewicht durchgeführt, um die durchschnittliche Zielanwendung einer manuellen Handhabung zu simulieren. 

 

Die statische Halteaufgabe wurde außerdem bis zur maximalen Ausbelastung durchgeführt, um die Halteleistung mit und ohne Unterstützung zu messen. 

 

Zur Absicherung der Ergebnisse umfasste das Studiendesign unter Anderem auch eine Randomisierung der Abläufe, eine Eingewöhnungszeit, Hebefrequenzvorgaben und eine subjektive Technikkontrolle.

20kg als Alltagstestgewicht  

Ist das zu hebende Gewicht kleiner, ergeben sich höhere Entlastungswerte.

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Ergebnisse

Zur Messung der Entlastung durch den BionicBack wurde im Labor die Aktivität der Muskeln gemessen, die im Körper hauptsächlich an einer Hebebewegung beteiligt sind. Diese befinden sich an der Beinrückseite, dem Gesäß, entlang der Wirbelsäule im Rücken und seitlich am Bauch. (Hüftstrecker, Rückenstrecker und Beckenstabilisatoren) Durch den Einsatz des BionicBacks konnte die Muskelaktivität um bis zu 24%, sowie die Muskelermüdung um bis zu 86% reduziert werden.

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Statische Halteaufgabe

Im anderen Testlauf wurde eine statische Halteaufgabe durchgeführt und ebenfalls die Muskelaktivität gemessen. Jeder Proband führte die Aufgabe so lange aus, wie er konnte. Zum Vergleich einmal mit und einmal ohne BionicBack. Es konnten deutliche Muskelentlastungen im Rückenstrecker von zeitweise bis zu 24% gemessen werden. Über die gesamte Belastungszeit gesehen kann durch den Einsatz des BionicBack die Muskelaktivität im Rückenstrecker um 6%, in der Beinrückseite um 13%, im Gesäß um 11% und im seitlichen Bauchmuskel um 22% reduziert werden. Jedoch kann beobachtet werden, dass sich die Entlastung zu verschiedenen Zeitpunkten der Belastung auf verschiedene Körperregionen konzentriert. So zeigt sich vor allem in den letzten 30s eine erhöhte Entlastung der Rückenstrecker, bis zu 24% im Mittel. Das heißt, gerade zu kritischen Zeitpunkten, in denen die Rückenstrecker-Muskulatur  an der Belastungsgrenze arbeitet, übernimmt der BionicBack mehr und mehr eine Stützaufgabe für den Träger.

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Dynamische Hebeaufgabe

In einem Testdurchlauf wurde die Muskelaktivität bei Hebebewegungen mit einem 20kg Gewicht gemessen. Die Bewegungen wurden standardisiert mit und ohne Unterstützung durch das BionicBack durchgeführt und die Ergebnisse verglichen. Es ergab sich gemittelt über die fünf Probanden eine Entlastung in Form von einer geringeren Muskelaktivität von ca. 9% im Rückenstrecker, 11% in der Beinrückseite und 36% im Bauchmuskel, während der Gesäßmuskel mit 4,5% entlastet wurde.

Erhöhte Haltezeiten durch BionicBack

Die unterstützende Wirkung zeigt sich nicht nur in reduzierter Muskelaktivität, sondern vor allem auch in der erhöhten Haltedauer. Jeder Proband konnte die Halteaufgabe deutlich länger halten, wenn er einen BionicBack nutzte, im Mittel um 55%  länger. 

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Deutlichere Reduktion von Ermüdungserscheinungen durch BionicBack

Nicht nur die Muskelanstrengung kann man durch die Elektromyographie messen, sondern auch die Muskelermüdung über die Zeit. Vereinfacht gesagt, kann ein ermüdeter Muskel mit der Zeit weniger hochfrequent neoronal angesteuert werden - der Verlauf der Signalfrequenz lässt sich in einer (Rechner-)Analyse modellieren. In dieser Analyse zeigt sich, dass alle gemessenen Muskeln deutlich reduzierte Ermüdungserscheinungen zeigen, wenn sie durch das BionicBack unterstützt werden. Der Rückenstrecker ermüdet mit BionicBack nämlich über die Probanden gemittelt um 86% weniger, die Beinrückseite um 50%, der Gesäßmuskel um 76% und der seitliche Bauchmuskel um 57%.

Tragen Exoskelette somit zum Arbeitsschutz bei?

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Zusammenfassung

Mithilfe dieser Ergebnisse lässt sich unser Ziel- #EntlastungzumAnziehen- nachweisen. Die Ergebnisse sind wissenschaftlich valide und ermöglichen einen guten Einblick in die Wirkweise des BionicBack. 

Viel wichtiger ist jedoch, dass sich diese Ergebnisse erreichen lassen, ohne dass die Usabilty beeinflusst wird. Und das bildet in Kombination mit dem geringen Systemaufbau, dem geringen Gewicht und der variablen Funktionsweise eine unschlagbare Anwendbarkeit. Denn wie aktuelle Studien bestätigen, können Exoskelette nur wirken, wenn sie auch längerfristig ohne Störfaktoren, wie großen Aufbauten oder einem schwerem Systemgewicht verwendet werden. 

"Dass uns das gelungen ist, macht uns besonders stolz und bestärkt uns in unserer "Einfach-machen-Kultur"

CEO & FOUNDER 

Dominik Heinzelmann

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Aktuelle Studien verdeutlichen, wie wichtig eine hohe Nutzerakzeptanz beim Einsatz von Exoskeletten wirklich ist. In einer Studie sprechen die Wissenschaftler davon, dass Prävention nur möglich ist, wenn sich die Nutzerakzeptanz von Exoskeletten zukünftig verbessert. Für Probanden mit Rückenproblemen waren die Einschränkungen durch klobige System zwar sehr akzeptabel, für Probanden ohne Rückenprobleme konnte der Nutzen die Einschränkungen jedoch weniger wett machen. (3)

 

3 Kozinc, Ziga; Babic`, Jan; Šarabon, Nejc (2020): Comparison of Subjective Responses of Low Back Pain Patients and Asymptomatic Controls to Use of Spinal Exoskeleton during Simple Load Lifting Tasks: A Pilot Study. In: International journal of environmental research and public health 18 (1). DOI: https://doi.org/10.3390/ijerph18010161

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