Manuelle Waldarbeit kann zu körperlichen Überlastungen und Verschleiß an Muskeln, Sehnen und Gelenken führen. Pflanzverfahren wirken beispielsweise durch hoch-repetitive Bewegungsabläufe und Heben in meist stark vorgebeugter Körperhaltung besonders belastend auf den unteren Rücken. Exoskelette stellen potenziell eine Möglichkeit dar, diese Belastung der Forstwirtinnen und Forstwirte zu verringern. Über ein versteiftes, außen am Körper getragenes Assistenzsystem können Belastungen von Körperteilen auf andere Körperbereiche umgeleitet, und durch mechanische Federn (passiv) oder elektrische Antriebe (aktiv) auch unterstützende Kräfte bei spezifischen Haltungen und Bewegungen zur Verfügung gestellt werden. In einer von der Sattelmühle Stiftung geförderten Untersuchung werden aktuell die Effekte von zwei passiven Exoskeletten bei einem ausgewählten manuellen Pflanzverfahren, der Hohlspatenpflanzung, an der Abteilung Arbeitswissenschaft und Verfahrenstechnologie der Georg-August-Universität Göttingen untersucht.
Bei den vergleichenden Versuchsreihen mit 21 Probanden kamen im Sommer 2025 die beiden passiven Exoskelette, das „BackX Air“ vom Hersteller SuitX und das „Laevo V2.6“ vom Hersteller Laevo Exoskeletons, zum Einsatz. Das BackX Air wurde in zwei Entlastungseinstellungen (hoch und niedrig) getestet und das Laevo V2.6 im eingeschalteten und ausgeschalteten Zustand. Mithilfe der (Oberflächen-)Elektromyographie (EMG) wurde der Aktivierungsgrad von 12 Muskeln als Maß für eine Be- oder Entlastung, beidseitig an den Oberschenkeln, dem vorderen und seitlichen unteren Bauch sowie am unteren und mittleren Rücken der Probanden gemessen. Darüber hinaus wurde das Verfahren des Motion Capturing (Bewegungsaufnahme) angewandt, um mittels Trägheitssensoren die Bewegungsabläufe während der Pflanztätigkeit lückenlos aufzuzeichnen und anschließend mögliche Unterschiede bei den Bewegungsabläufen mit und ohne Exoskelette analysieren zu können. Nach jedem Versuchsdurchgang wurden die Probanden mittels eines Fragebogens zum Tragekomfort des jeweiligen Exoskeletts und zum subjektiven Entlastungsempfinden befragt.
Dank der moderaten Temperaturen im Juli und August konnten die Messreihen innerhalb von eineinhalb Monaten durchgeführt und abgeschlossen werden. Starkes Schwitzen der Probanden hätte die Messgenauigkeit der Oberflächen-EMG-Sensoren beeinträchtigt oder sogar gänzlich verhindern können.
Während die große Datenmenge der Muskelaktivitätsmessungen aufgrund der hohen Anzahl an zeitgleich betriebenen EMG-Sensoren die Analyse der Auswirkungen des Exoskelett-Einsatzes auf die Belastung aufwendig gestaltet, liefern die Fragebögen hierzu einen ersten subjektiven Eindruck. Demnach trugen beide Exoskelette zu einer gefühlten Entlastung der Probanden bei, wobei das BackX bei einer hohen Entlastungseinstellung subjektiv empfunden am besten wirkte. Interessanterweise empfanden fast alle Probanden auch das Laevo im ausgeschalteten Modus als entlastend. Die Analyse der EMG-Daten wird daher herangezogen werden müssen, um eine mögliche Wirkung von Trägheitskräften der Exoskelett-Mechanik auf die Muskulatur zu untersuchen und einen Placebo-Effekt ausschließen zu können. Zudem kam es vor, dass Probanden die Exoskelette zwar als entlastend empfanden, sie diese aber dennoch keine Stunde am Tag tragen wollen würden. Dagegen konnten sich andere Probanden durchaus einen längeren Einsatz der Exoskelette pro Tag vorstellen. Über alle Probanden hinweg ergaben sich durchschnittliche Tragezeiten für eingeschaltete Exoskelette von 3,5 bis 3,75 Stunden pro Tag. Beim ausgeschalteten Laevo belief sich der Wert auf 3,1 Stunden pro Tag. Nach Einschätzung der Probanden wird die Bewegungsfreiheit am meisten bei einer hohen Entlastungseinstellung des BackXbeeinträchtigt, bei der auch die höchste Entlastung spürbar war. Die schwächere Entlastung durch das BackX wurde ebenso einschränkend empfunden, wie die stärkere Entlastung des Laevo. Kaum weniger in ihrer Bewegung gestört fühlten sich die Probanden durch das ausgeschaltete Laevo. Zu diesem Aspekt könnte wiederum die Auswertung der Motion Capture Daten interessante Erklärungsansätze liefern, sofern sich die Einschränkung der Beweglichkeit messbar auf die Bewegungsausführungen der Probanden ausgewirkt hat.
Dieser erste Blick auf den subjektiven Teil der gesammelten Daten zeigt die von Probanden wahrgenommene Wirkung der untersuchten passiven Exoskelette. Dennoch ergeben sich daraus auch weitere Fragen, für die die detaillierte Auswertung der objektiven EMG- und Motion Capture-Daten notwendig ist. Diese Auswertung ermöglicht dann eine ganzheitliche Betrachtung der Effekte infolge der Nutzung der zwei passiven Exoskelette bei der untersuchten Pflanztätigkeit.
Marius Kopetzky, Henrik Brokmeier, Dirk Jaeger
Georg-August-Universität Göttingen, Abteilung Arbeitswissenschaft und Verfahrenstechnologie, Büsgenweg 4, 37077 Göttingen
Abbildung 1 Proband beim Ausführen der Pflanzbewegung mit einem passiven Exoskelett. Foto: AWISS
Abbildung 2 Digitaler Zwilling des Probanden während der Pflanzbewegung, mit Bewertungen des Schadrisikos für einzelne Körpersegmente gemäß DIN und ISO. Foto: AWISS, Software: ScaleFit UG
Abbildung 3 Kombinierte Darstellung eines Probanden in Testumgebung und digitalem Zwilling, mit Bewertungen des Schadrisikos für die Körpersegmente gemäß DIN und ISO, während der Hohlspatenpflanzung. Foto: AWISS, Software: ScaleFit UG
Abbildung 4 Testumgebung und Messaufbau zur Untersuchung von zwei passiven Exoskeletten bei der Pflanzung mit dem Hohlspaten. Foto: AWISS
