Studien zeigen, dass feinmotorische Fähigkeiten unter Mikrogravitation messbar beeinträchtigt sein können. Bewegungen verlieren dabei häufig an Stabilität und Präzision, was insbesondere bei komplexen Handhabungsaufgaben zu Herausforderungen führt. Dies erschwert nicht nur wissenschaftliche Experimente und technische Arbeiten an Bord, sondern kann auch den kognitiven und physischen Aufwand für die Crew erhöhen.
Vor diesem Hintergrund untersuchen das DFKI Robotics Innovation Center in Bremen und der Lehrstuhl Systeme der Medizintechnik der Universität Duisburg-Essen (UDE) im Rahmen des Projekts „MikroBeM“, wie sich feinmotorische Bewegungsabläufe unter weltraumähnlichen Bedingungen bereits auf der Erde trainieren lassen. Dafür haben sie ein robotisches Exoskelett entwickelt, das das Eigengewicht des Arms durch gezielte Kraftunterstützung kompensiert und so die Entlastungseffekte in der Schwerelosigkeit simuliert. Mithilfe von Methoden der Künstlichen Intelligenz kann diese Unterstützung individuell angepasst werden. Ziel ist es, die Grundlage für kosteneffiziente und individuell anpassbare Trainingsansätze zu schaffen, die langfristig eine verbesserte Vorbereitung auf künftige Langzeitmissionen zum Mond und Mars ermöglichen.
Gefördert wird MikroBeM im Rahmen des INNOSPACE-Netzwerks „Space2Health“, einer Initiative der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, finanziert durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt.
Übertragbarkeit von Exoskelett-Training auf reale Schwerelosigkeit
Im Zentrum der Untersuchung steht die Frage, ob sich das Training feinmotorischer Bewegungen mithilfe eines Exoskeletts unter simulierter Mikrogravitation auf reale Schwerelosigkeit übertragen lässt – und somit sowohl die feinmotorische Leistungsfähigkeit von Astronaut:innen verbessern als auch deren operative Belastung reduzieren kann. Um dies herauszufinden, nahmen die Forschenden bereits an der 42. und 44. Parabelflugkampagne der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR teil.
Parabelflüge zählen zu den wenigen Möglichkeiten, auf der Erde kurzfristig reale Mikrogravitation zu erzeugen. Durch wiederholte Steig- und Sinkflugmanöver entstehen pro Parabel rund 22 Sekunden Schwerelosigkeit. Insgesamt werden pro Flug etwa elf Minuten Mikrogravitation erreicht.
Teilnahme an der 46. DLR-Parabelflugkampagne
Erste Ergebnisse auf Basis der vergangenen Kampagnenteilnahmen deuten auf mögliche Trainingseffekte hin; eine statistisch belastbare Auswertung war aufgrund der begrenzten Datenbasis jedoch noch nicht möglich. Die Teilnahme an der 46. DLR-Parabelflugkampagne diente daher insbesondere der Erweiterung und Absicherung der bisherigen Datengrundlage.
Die Kampagne fand vom 11. bis 22. Mai 2026 in Bordeaux (Frankreich) statt und umfasste drei Parabelflüge. Das Experiment von DFKI und UDE gehörte dabei zu den insgesamt acht ausgewählten wissenschaftlichen Projekten an Bord des Airbus A310 „Zero G“.
Experiment und Datenerhebung an Bord
Kern des Experiments ist eine feinmotorische Aufgabe: Die Testpersonen mussten während der Schwerelosigkeit mit dem Zeigefinger des rechten Arms die Mitte einer auf einem Bildschirm dargestellten Zielscheibe treffen. Um visuelle Bewegungskorrekturen zu verhindern, war der Arm durch einen Umhang verdeckt. Während der Versuche wurden Muskel- und Gehirnaktivität, die Herzratenvariabilität sowie die Bewegungstrajektorien der Proband:innen erfasst.
Die Testpersonen wurden in zwei Gruppen eingeteilt: Eine Gruppe hatte die Aufgabe bereits über mehrere Wochen im Labor mit einem robotischen Exoskelett unter simulierter Mikrogravitation trainiert, während die zweite Gruppe die unter Erdgravitation einfache Aufgabe ohne vorheriges Training und lediglich nach einer kurzen Gewöhnung an das Setup absolvierte. Auf diese Weise lässt sich untersuchen, ob und inwiefern sich erlernte Bewegungsmuster sowie die damit verbundenen physiologischen Reaktionen in realer Schwerelosigkeit von denen der untrainierten Kontrollgruppe unterscheiden.
Erfolgreiche Kampagne und Anwendungsperspektiven
Das Forschungsteam zieht nach Abschluss der Kampagne eine positive Bilanz. Während der gesamten Kampagne kam es zu keinen experimentbedingten Messausfällen. So konnten Daten aus insgesamt 180 Parabeln erfolgreich erhoben werden, die nun die Grundlage für die weitere wissenschaftliche Auswertung bilden.
Langfristig könnten die Ergebnisse nicht nur die Vorbereitung zukünftiger Raumfahrtmissionen verbessern, sondern auch neue Impulse für Anwendungen in Rehabilitation, Neurotechnologie und motorischem Lernen liefern. Insbesondere die Frage, wie Menschen Bewegungen unter veränderten physikalischen Bedingungen erlernen und übertragen können, besitzt auch außerhalb der Raumfahrt eine hohe Relevanz.
Wissenschaftliche Kontakte:
Marc Tabie, M.Sc.
DFKI Robotics Innovation Center
Telefon: +49 421 17845 6622
E-Mail: Marc.Tabie@dfki.de
Prof. Dr. Elsa Kirchner
Universität Duisburg-Essen / DFKI Robotics Innovation Center
Telefon: +49 203 379 4135 (Sekretariat: +49 203-379-4261)
E-Mail: elsa.kirchenr@uni-due.de / Elsa.Kirchner@dfki.de
