Assistenzroboter sollen Pflegekräfte körperlich entlasten (Projekt MAPPLE)

Pflegekräfte müssen Patienten heben, stützen, lagern oder Gliedmaßen halten. Oft sind es kurze Tätigkeiten. Aber sie belasten Rücken, Schultern und Arme stark. In einer ohnehin angespannten Personalsituation verschärft jede zusätzliche körperliche Belastung das Problem: Beschäftigte fallen aus, Abläufe geraten unter Druck, und für einzelne Tätigkeiten wird häufig eine zweite Pflegekraft benötigt.

Das Projekt MAPPLE setzt genau hier an. Entwickelt wird eine mobile Roboterplattform, die Pflegekräfte bei körperlich belastenden Tätigkeiten direkt am Patienten unterstützt. Sie soll zum Beispiel ein Bein schonend anheben und halten, während eine Pflegekraft einen Verband anlegt oder Körperpflege durchführt.

Das Fraunhofer IFF bringt dafür seine Kompetenz in der Sprach- und Gestensteuerung von Robotern, Mensch-Roboter-Kollaboration und -Interaktion, ergonomischer Arbeitsgestaltung und robotischer Assistenz ein. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie ein Roboter Pflegekräfte wirksam entlasten kann.

Warum Pflege körperliche Assistenz braucht

Pflege ist Facharbeit. Sie verlangt Aufmerksamkeit, Erfahrung, Empathie und körperliche Kraft. Besonders belastend sind Tätigkeiten, bei denen Pflegekräfte Patienten anheben, umlagern oder Körperteile über längere Zeit in einer bestimmten Position halten müssen. Solche Aufgaben treten regelmäßig auf, etwa beim Verbandswechsel, bei der Körperpflege oder bei der Lagerung.

In vielen Situationen empfiehlt sich eine zweite Pflegekraft. In der Praxis ist diese aber nicht immer verfügbar. Das bindet Personal, verzögert Abläufe und erhöht die körperliche Belastung der Beschäftigten. Für Pflegeeinrichtungen, Kliniken und ambulante Dienste entsteht daraus ein konkretes Organisationsproblem: Wie lassen sich körperlich anspruchsvolle Aufgaben sicher durchführen, wenn Personal knapp ist und Ausfälle vermieden werden müssen?

Robotische Assistenz kann hier helfen. Entscheidend ist aber, dass die Technik zur Pflegesituation passt. Ein Assistenzsystem muss intuitiv bedienbar sein. Es muss Patientinnen und Patienten schonend behandeln. Und es muss in dynamischen Situationen sicher reagieren, etwa wenn sich ein Patient bewegt, Angst zeigt oder gesundheitliche Einschränkungen vorliegen.

MAPPLE untersucht deshalb nicht nur die technische Machbarkeit. Das Projekt betrachtet auch Akzeptanz, Sicherheit, ethische Fragen und die spätere Anschlussfähigkeit an medizinische und pflegerische Praxis.

Projektziel: Mensch-Roboter-Interaktion am Patienten

Ziel von MAPPLE ist eine sprach- und gestengesteuerte Roboterplattform für den Pflegebereich. Sie soll Pflegekräfte bei physischen Tätigkeiten am Patienten unterstützen und dabei zuverlässig, intuitiv und praxistauglich bedienbar sein.

Die Plattform kombiniert Spracheingabe, Gestenerkennung, Umgebungsrekonstruktion, lokale KI-Verarbeitung und einen digitalen Zwilling. Pflegekräfte sollen dem Roboter Arbeitsaufträge natürlichsprachlich geben können. Gesten können die Anweisung ergänzen. Bevor der Roboter eine Bewegung ausführt, wird der geplante Ablauf per Extended Reality bzw. Augmented Reality sichtbar gemacht. Autorisiertes Personal kann ihn prüfen und freigeben.

So soll ein Assistenzsystem entstehen, das Pflegekräfte entlastet, ohne die Kontrolle aus der Hand zu geben.

Unser Ansatz: multimodale Interaktion zuverlässig in die Robotersteuerung bringen

Das Fraunhofer IFF verantwortet im Projekt die Verarbeitung der Eingangssignale aus den multimodalen Interaktionskanälen Sprache und Gestenerkennung in eine Bewegung des Roboters. 

Zudem erarbeitet das Fraunhofer IFF das Sicherheitskonzept. Dieses ist entscheidend, weil der Roboter nicht nur im Umfeld von Menschen arbeitet, sondern direkt am Patienten eingesetzt werden soll. Das System muss deshalb Bewegungen, Interaktionen und Freigaben so gestalten, dass Pflegekräfte entlastet werden, ohne neue Risiken für Patientinnen und Patienten zu schaffen.

Methodik und technischer Ansatz

MAPPLE verbindet mehrere technische und methodische Bausteine:

Partizipative Entwicklung mit Endnutzern
Pflegekräfte und relevante Stakeholder werden in die Entwicklung einbezogen. Geplant sind unter anderem Fokusgruppen, Befragungen und Feldbeobachtungen. So soll die Plattform nicht an der Praxis vorbei entwickelt werden.

Multimodale Interaktion
Die Roboterplattform soll über Sprache und Gesten gesteuert werden. Dadurch kann die Pflegekraft den Roboter möglichst natürlich in den Arbeitsablauf einbinden.

Large Language Models und aufgabenorientierter Dialog
Große Sprachmodelle unterstützen die natürlichsprachliche Interaktion. Aus Spracheingaben sollen konkrete Roboterhandlungen abgeleitet werden. Dafür werden unter anderem aufgabenorientierte Dialoge und sogenannte Behavior Trees genutzt.

Lokale Datenverarbeitung
Patientenbezogene Daten sollen lokal verarbeitet werden. Dadurch fließen sensible Informationen nicht in eine Cloud ab. Zugleich lassen sich Latenzzeiten verringern.

Digitaler Zwilling und Extended Reality
Geplante Roboterbewegungen werden als digitaler Zwilling in der realen Umgebung sichtbar gemacht. Pflegekräfte können den Ablauf vor der Ausführung prüfen. Darüber hinaus kann die Simulation für Training und Ausbildung genutzt werden.

Sicherer Greifer für den Patientenkontakt
Eine sensitive Greifvorrichtung soll Gliedmaßen schonend anheben und halten. Näherungs- und Taktilsensorik unterstützen die sichere Interaktion.

ELSI-Begleitung
Ethische, rechtliche und soziale Fragen werden projektbegleitend untersucht. Ziel ist, Empfehlungen für eine verantwortbare Gestaltung robotischer Assistenz in der Pflege abzuleiten.

Erwartete Ergebnisse in MAPPLE

Im Projekt sollen unter anderem folgende Ergebnisse entstehen:

• eine Roboterplattform für körperliche Assistenzaufgaben in der Pflege,
• ein multimodales Interaktionskonzept aus Sprache, Gestik und Umgebungswahrnehmung,
• ein lokales KI-Modul für die Verarbeitung sensibler Daten,
• ein Sicherheitskonzept für die Mensch-Roboter-Interaktion am Patienten,
• ein sensitiver MRK-Greifer für das schonende Anheben und Halten von Gliedmaßen,
• ein digitaler Zwilling zur Simulation, Prüfung und Freigabe von Bewegungsabläufen,
• Extended-Reality-Anwendungen für Training, Simulation und sichere Bedienung,
• Erkenntnisse zur Akzeptanz und Nutzbarkeit robotischer Assistenz in Pflegeprozessen,
• Empfehlungen zu ethischen, rechtlichen und sozialen Anforderungen,
• Grundlagen für eine spätere Zertifizierbarkeit und kommerzielle Anschlussfähigkeit der Technologie.

Nutzen und Perspektive für Pflegeeinrichtungen und Technologieanbieter

Für Pflegeeinrichtungen kann robotische Assistenz perspektivisch helfen, körperliche Belastung zu senken und Pflegekräfte bei wiederkehrenden Lastspitzen zu entlasten. Das ersetzt keine Pflegearbeit. Es unterstützt sie dort, wo körperliche Kraft und sichere Positionierung besonders gefragt sind.

Davon können mehrere Gruppen profitieren:

Pflegekräfte erhalten technische Unterstützung bei belastenden Tätigkeiten. Patientinnen und Patienten können sicherer und schonender gelagert oder versorgt werden. Einrichtungen können Abläufe stabiler planen, wenn körperlich anspruchsvolle Aufgaben nicht immer eine zweite Pflegekraft binden.

Für Technologieanbieter, Medizintechnik-Unternehmen und Anbieter robotischer Assistenzsysteme liefert MAPPLE wichtige Grundlagen: Wie lassen sich Sprachsteuerung, Gestenerkennung, lokale KI, AR-gestützte Freigabe und Sicherheitskonzepte zu einem praxistauglichen System verbinden? Und wie müssen solche Systeme gestaltet sein, damit sie später im sensiblen Umfeld Pflege anschlussfähig werden?

Die Perspektive reicht damit über den konkreten Demonstrator hinaus. MAPPLE kann zeigen, wie kollaborative Robotik in körpernahen, sicherheitskritischen Arbeitsumgebungen gestaltet werden muss – in der Pflege, aber auch in anderen Bereichen, in denen Menschen körperlich unterstützt werden sollen.

Fachlich verantwortlich:
Prof. Dr. techn. Norbert Elkmann – Experte für Robotersysteme, Projektleitung
Erik Schulenburg – Experte für Sprachsteuerung von Robotern