Parabelflug mit Exoskelett: DFKI und Universität Duisburg-Essen erforschen innovatives Raumfahrtraining in Schwerelosigkeit

Feinmotorische Aufgaben unter Weltraumbedingungen stellen eine besondere Herausforderung dar und müssen vorab auf der Erde trainiert werden. Ein Forschungsteam des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) und der Universität Duisburg-Essen (UDE) untersucht, ob ein robotisches Exoskelett hierfür neue, realitätsnahe Trainingsmöglichkeiten schafft. Dafür nahm das Team vom 8. bis 13. Juni 2025 erfolgreich an der 44. Parabelflugkampagne der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bordeaux, Frankreich, teil.

Gemeinsam für die Forschung: Das Parabelflug-Team von DFKI und Universität Duisburg-Essen

Im All sind Astronautinnen und Astronauten häufig mit feinmotorischen Tätigkeiten wie Reparaturen oder Experimenten konfrontiert, die durch die Schwerelosigkeit erschwert werden. Ein gezieltes Training dieser Fähigkeiten ist entscheidend, um die Effizienz der Missionen zu erhöhen und die Sicherheit der Crew zu gewährleisten. Bisher finden diese Trainings vor allem bei Parabelflügen oder durch Übungen im Raumanzug unter Wasser statt.

Innovatives Raumfahrttraining mit Exoskelett

Im Rahmen des INNOSpace-Netzwerks „Space2Health“ – einer Initiative der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) – entwickeln das DFKI Robotics Innovation Center und der Lehrstuhl Systeme der Medizintechnik der UDE eine realitätsnahe und kostengünstige Alternative: ein aktives Exoskelett, das durch gezielte Kraftunterstützung das Eigengewicht der Arme kompensiert und so ein Bewegungsgefühl erzeugt, das der Schwerelosigkeit nahekommt.

Erneute Teilnahme an der Parabelflugkampagne

Bereits 2024 nahm das Team an der 42. DLR-Parabelflugkampagne auf dem Gelände des Flughafens Bordeaux-Mérignac teil, um erste Vergleichsdaten zu erheben. Die Ergebnisse waren vielversprechend, jedoch noch nicht statistisch belastbar. Im Rahmen des aktuellen Projekts „MikroBeM” erhielt das Team erneut einen Platz im Airbus A310 Zero G von Novespace für die 44. Kampagne im Juni 2025.

Foto von Airbus A310 — Der Airbus A310 "Zero G" kurz vor dem Start

Die Parabelflüge finden in einem speziell dafür umgebauten Airbus A310 statt, in dem durch parabelförmige Flugmanöver jeweils für etwa 22 Sekunden Mikrogravitation erzeugt wird. Dazu steigt das Flugzeug steil mit rund 45 Grad auf, folgt einer Parabel im freien Fall und wird dann kontrolliert gesenkt, bevor die nächste Parabel beginnt. Pro Flug werden in der Regel 31 Parabeln geflogen, was insgesamt rund elf Minuten Schwerelosigkeit ergibt. Die drei Flüge der aktuellen Kampagne fanden am 10., 11. und 12. Juni 2025 statt.

Exoskelett-Experiment: Ziel und Durchführung

Das Exoskelett-Experiment gehörte zu den zehn ausgewählten Forschungsprojekten an Bord. Ziel war es, zu untersuchen, ob das Training feinmotorischer Bewegungen mit einem Exoskelett unter simulierten Bedingungen so effektiv ist, dass das Erlernte auf reale Schwerelosigkeit übertragbar ist – und somit die Arbeitsbelastung von Astronautinnen und Astronauten künftig reduziert werden könnte. Erste Hinweise aus der vorangegangenen Kampagne deuten darauf hin.

Konzentriert bei der Sache: Operatoren und Testpersonen während des Experiments

Zwei identische Versuchsaufbauten im Flugzeug ermöglichten den gleichzeitigen Einsatz von zwei Testpersonen pro Flug. Während der Flüge kam ein passives Exoskelett zum Einsatz. Die sechs Testpersonen saßen angeschnallt und mussten während der Schwerelosigkeitsphasen mit dem Zeigefinger des im Exoskelett geführten Arms die Mitte einer Zielscheibe auf einem Touchscreen treffen. Dabei war der Arm von einem Umhang verdeckt, um den motorischen Lernprozess besser von einer kontinuierlichen Bewegungsanpassung abgrenzen zu können.

Die Hälfte der Probanden hatte die Aufgabe zuvor im Labor mit einem aktiven Exoskelett trainiert, die andere Hälfte war nur mit dem Versuchsaufbau vertraut. Während der Flüge wurden Muskel- und Gehirnaktivität, Herzratenvariabilität sowie Bewegungstrajektorien aufgezeichnet. Eine Ersatzperson mit kompletter Sensorik stand bereit, um im Fall von Unwohlsein einzuspringen und unterstützte das Team als Operator.

Erfolgreiche Datenerhebung und reibungsloser Ablauf

Das Experiment verlief an allen drei Flugtagen technisch und organisatorisch ohne Komplikationen. Von 279 geplanten Datensätzen konnten beeindruckende 276 vollständig erhoben werden – ein außergewöhnlich hoher Wert, der nun eine fundierte wissenschaftliche Auswertung ermöglicht.

DFKI-Projektleiter Marc Tabie zieht ein durchweg positives Fazit:

„Nach monatelanger, intensiver Vorbereitung freuen wir uns über den reibungslosen Ablauf aller drei Flüge. Das gesamte Team hat unter herausfordernden Bedingungen hervorragend zusammengearbeitet. Jetzt verfügen wir über eine breite und qualitativ hochwertige Datenbasis. Ein großer Dank gilt allen Beteiligten, die das möglich gemacht haben.“

Bedeutung über die Raumfahrt hinaus

Die Vision des Forschungsteams reicht über das aktuelle Experiment hinaus: Ein standardisiertes Exoskelett-Trainingssystem könnte nicht nur zukünftige Raumfahrtmissionen effizienter vorbereiten, sondern auch neue Impulse in der Rehabilitation, Neurotechnologie und Robotik setzen.