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Intelligente Technologien für das astronautische Training

Auch wenn intelligente Systeme im Weltraum zunehmend autonom agieren, bleibt der Mensch ein unverzichtbarer Akteur in der Raumfahrt. Das DFKI entwickelt innovative Trainingsmethoden, um Astronaut:innen bereits auf der Erde effizient und realitätsnah auf zukünftige Missionen vorzubereiten.
 

Astronautisches Training mit Exoskelett in simulierter Schwerelosigkeit

© DLR
Das Parabelflug-Team von DFKI und Universität Duisburg-Essen bei der 44. Parabelflugkampagne der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR im Juni 2025

Im All sind Astronaut:innen häufig mit feinmotorischen Tätigkeiten wie Reparaturen oder Experimenten konfrontiert – Tätigkeiten, die durch die dort herrschende Mikrogravitation erheblich erschwert werden. Ein gezieltes Training dieser Fähigkeiten ist entscheidend, um Missionsabläufe effizient zu gestalten und die Sicherheit der Crew zu gewährleisten. 

Bisher werden solche Trainings vor allem bei Parabelflügen oder in Unterwasserübungen mit Raumanzügen durchgeführt – Verfahren, die aufwendig, kostenintensiv und logistisch anspruchsvoll sind. Das Robotics Innovation Center untersucht daher gemeinsam mit der Universität Duisburg-Essen eine realitätsnahe und zugleich kostengünstigere Alternative: ein aktives Exoskelett, das durch gezielte Kraftunterstützung das Eigengewicht der Arme kompensiert und so ein Bewegungsgefühl erzeugt, das der Schwerelosigkeit sehr nahekommt.

© Novespace
Durchführung des Exoskelett-Experiments in der Schwerelosigkeit

Um herauszufinden, ob ein Training mit dem Exoskelett auf der Erde vergleichbare körperliche und motorische Effekte bewirkt wie Übungen unter realer Mikrogravitation, absolvierten Testpersonen ein mehrwöchiges Trainingsprogramm im Labor. Dabei führten sie eine feinmotorische Aufgabe unter simulierter Schwerelosigkeit aus. Anschließend nahmen die Proband:innen an Parabelflügen teil, bei denen sie dieselbe Aufgabe mit einem passiven Exoskelett unter realen Schwerelosigkeitsbedingungen wiederholten. Während der Experimente wurden ihre Muskel- und Gehirnaktivitäten aufgezeichnet. Eine untrainierte Kontrollgruppe diente zum Vergleich, um die Trainingseffekte validieren zu können.

Die ersten Ergebnisse zeigen, dass das Exoskelett-Training auf der Erde die Leistungsfähigkeit in echter Schwerelosigkeit verbessern kann. Sollte sich dieser Effekt bestätigen, ließe sich die Vorbereitung von Astronaut:innen auf Weltraummissionen mithilfe des Trainings gezielt unterstützen.

Kontakt: Prof. Dr. Elsa Kirchner, Marc Tabie

Virtuelle Missionsvorbereitung durch immersive Simulationen mit haptischem Feedback

Der Forschungsbereich Kognitive Assistenzsysteme des DFKI erforscht zusammen mit europäischen Forschungspartnern, wie der Einsatz von Virtual Reality (VR) die Missionsplanung und das astronautische Training auf der Erde realistischer und effizienter machen können. In immersiven, interaktiven Umgebungen lassen sich künftige Weltraummissionen bereits am Boden erproben – von der Ausführung einzelner Arbeitsschritte bis zur Entwicklung sogenannter Concepts of Operations (ConOps), also detaillierter Einsatzkonzepte, die den Ablauf einer Mission festlegen.

© Florian Dufresne
Passiv haptische Schnittstellen wie Requisiten und astronautische Handschuhe steigern in virtuellen Simulationen das Gefühl von Präsenz und ermöglichen realistischere Missionsbewertungen.
© Florian Dufresne
Das virtuelle Equipment als Gegenstück zur haptischen Requisite auf der virtuellen Mondoberfläche.

Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der Frage, wie sich virtuelle Trainingsumgebungen so gestalten lassen, dass sie die physische Erfahrung bemannter Missionen im All, beispielsweise auf der Mondoberfläche, möglichst genau widerspiegeln. Reine VR-Simulationen stoßen dabei an Grenzen, weil sie die haptische Wahrnehmung – also das Gefühl des direkten Kontakts mit Werkzeugen und Oberflächen – nur eingeschränkt wiedergeben können. Um diese Lücke zu schließen, integriert das Team passive haptische Schnittstellen in die Simulation – also physische Requisiten wie Werkzeuge oder Raumanzughandschuhe, die den realen Umgang mit astronautischer Ausrüstung nachbilden und so eine greifbare Verbindung zwischen realer und virtueller Welt schaffen. Dieses Konzept wurde exemplarisch anhand einer rekonstruierten Prozedur der Apollo-12-Mission umgesetzt und im Rahmen von Experimenten mit Expert:innen aus dem Bereich der bemannten Raumfahrt, darunter Astronaut:innen und Ausbilder:innen, erprobt.

Die Ergebnisse zeigen, dass haptisches Feedback das Gefühl von Präsenz und Körperwahrnehmung in der virtuellen Umgebung deutlich verstärkt. Testpersonen konnten Missionsabläufe dadurch realistischer einschätzen und bewerten. Damit liefert die Forschung des Teams, an dem auch das DFKI beteiligt war, wichtige Grundlagen, um VR als zuverlässiges Werkzeug für das astronautische Training und die Planung zukünftiger Weltraummissionen einzusetzen.

Kontakt: André Zenner

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Kontakt

Exoskelett:
Prof. Dr. Elsa Kirchner
Marc Tabie

Virtuelle Missionsvorbereitung:
André Zenner

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