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Intelligente Roboter für Kliniken und Pflegeheime

R2D2s clevere Brüder und Schwestern

Servicerobotik soll dem Personal in Krankenhäusern und Pflegeeinrichtungen in Zukunft den Arbeitsalltag erleichtern. An der Universität Stuttgart wird zu diesem Thema Forschungsarbeit geleistet.
[Foto: Wikipedia Commons/Wuestenigel]

Mehrere Forschungsprojekte an der Universität Stuttgart befassen sich aktuell mit der Servicerobotik. Ein Ziel ist, neben intelligenten Robotern für Kliniken und Pflegeheime eine Robotik-Plattform zu schaffen, die Kunden und Hersteller vernetzen soll.

Ein Blick in eine Klinikstation der Zukunft: In Zimmer Eins ist die fiktive Krankenschwester Sandra Franke mit der Versorgung der beiden Patienten fertig und wählt eine Funktion auf ihrem Dienst-Smartphone an. Leise surrend setzt sich der an der Zimmertür stehende Pflegewagen in Bewegung. Während Sandra Franke noch die Patienten in Zimmer Zwei begrüßt, hat der schwere Wagen bereits von selbst seine Position eingenommen, sodass die Pflegerin Verbandsstoffe oder Salben bequem entnehmen und gebrauchtes Material gleich entsorgen kann. Alle Pflegemaßnahmen dokumentiert sie sofort und online; ein ausgeklügeltes Logistiksystem sorgt dafür, dass sie für die tägliche Versorgung ihrer Patienten immer ausreichend Material in den Schubladen des Wagens vorfindet.

Allzu ferne Zukunft ist dieses Szenario nicht. Im Gegenteil: In diesen Wochen rollen bereits Prototypen solcher intelligenter Pflegewagen durch mehrere Klinikstationen und Altenpflegeheime in Mannheim. Die Evaluation der Testphase steht noch aus, aber schon jetzt zeichnet sich ab, dass die Erkenntnisse aus dem Projekt SeRoDi in vielen Bereichen praktische Anwendung finden könnten. SeRoDi steht für „Servicerobotik zur Unterstützung bei personenbezogenen Dienstleistungen“. Schon seit 2014 arbeiten unter der Leitung des Instituts für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT) der Universität Stuttgart Forscher verschiedener Disziplinen gemeinsam mit Pflegeprofis an Szenarien, wie Serviceroboter in der Pflegepraxis nützlich sein können. Entwickelt wird im Projekt, das noch bis Ende Oktober 2018 läuft, auch ein Serviceassistent, der im ersten Schritt in Seniorenpflegeheimen unterwegs sein und beispielsweise Getränke oder Zeitschriften „anbietet“. Erste Praxistests hierfür sollen ab Ende 2017 anlaufen.

Mehr Zeit für die Patienten

„Wichtig ist dabei nicht nur die Entwicklung neuer Technologien“, erklärt Christian Schiller, der als IAT-Mitarbeiter die SeRo-Di-Projektleitung innehat. Vielmehr liege der Fokus auf dem Menschen. „Akzeptanz ist ein Hauptaspekt“, sagt Schiller und erklärt: „Es ging uns darum, direkt und partizipativ mit Pflegekräften zu ermitteln, welche Anforderungen sie an einen Serviceroboter haben.“ Wesentlich ist, dass die Anwender auf den Kranken- und Pflegestationen eine Neuentwicklung wie den intelligenten Pflegewagen auch nutzen wollen, ihn als ein Werkzeug zu ihrer Unterstützung erkennen, und nicht als Ersatz für Arbeitskräfte. „Die Akzeptanz für Neues ist dann hoch, wenn solche Geräte belastende Routineaufgaben übernehmen, sodass mehr Zeit für die Interaktion mit den Patienten bleibt“, fasst Schiller die Erkenntnisse zusammen, die sich auch aus der Zusammenarbeit mit Psychologen der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald (Mecklenburg-Vorpommern) ergeben haben.

In dem Verfahren einer sogenannten partizipativen Technikgenese, also der Entwicklung neuer Technologie unter Mitarbeit auch nichtwissenschaftlicher Anwender, konnten Pflegekräfte der am Projekt beteiligten Einrichtungen über die gesamte Laufzeit hinweg mit ihrer praktischen Berufserfahrung beitragen. In gemeinsamen Workshops hatten zudem alle Projektbeteiligten die Möglichkeit, ihre Anforderungen beispielsweise an die Hardware oder die Nutzeroberfläche des Pflegewagens direkt an die technischen Partner vom ISW und dem Fraunhofer IPA zu kommunizieren.

 (c) Fraunhofer IPA/Heike Quosdorf
Ob Verbandsstoffe, Salben oder Kanülen: Beim intelligenten Pflegewagen sehen Krankenschwestern und Pfleger auf einen Blick, welche Materialien in welchen Mengen vorhanden sind.

„Die Pflegekräfte wissen sehr genau, wo sie Unterstützung wünschen und was ihren Arbeitsalltag erleichtern könnte“, betont Schiller. Gerade dieser Input habe sich als sehr bedeutsam herausgestellt. Zudem verfolgten die Forscherinnen und Forscher eine Woche lang die Schichten auf den Stationen, um die Nachteile der herkömmlichen Pflegewagen zu identifizieren und die Potenziale einer autonom fahrenden Neuentwicklung auszuloten. Parallel kümmerten sich die Maschinenbauspezialisten des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) und des Instituts für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart um die technischen Aspekte des Betriebs. Denn der Wagen muss zuverlässig etwa Treppenstufen erkennen und dort rechtzeitig stoppen; es gelang außerdem, ihm die selbstständige Nutzung von Aufzügen beizubringen. Die Forscher gingen aber auch der Frage nach, wie der Wagen etwa bei einem Feueralarm zu reagieren hat, damit er keine Rettungswege blockiert.

Baustein eines großen Ganzen

Die Prozessspezialisten des IAT haben den Einsatz des Pflegewagen nicht isoliert betrachtet, sondern als Baustein in einem Logistiksystem — und fanden Potenziale zur Vereinfachung. Ein Beispiel: In einer Station kommt bislang mehrmals pro Woche auf großen Rollwagen neues Material an, das Pflegekräfte dann zunächst in Regale sortieren und später auf die Pflegewagen verteilen. Zeit, die sie mit der Arbeit am Patienten verbringen könnten. „Zusammen mit Logistikexperten der betreffenden Institution wurde im Projekt die Lösung entwickelt, dass genormte Modulkörbe außerhalb der Station vorgepackt und vor Ort nur noch in den Pflegewagen geschoben werden“, sagt Schiller.

Bislang packen die Pflegekräfte die herkömmlichen Wagen nach den Schichten jeweils neu. Vergessen sie dabei etwas oder packen sie es in zu geringer Stückzahl ein, müssen die Kollegen während ihres Rundgangs ins Lager eilen. Solche Stressfaktoren lassen sich durch einen intelligenten Serviceroboter minimieren. Ein in den Wagen integrierter Tablet-Computer hilft zudem, den Materialverbrauch kontinuierlich zu dokumentieren. Zum einen „warnt“ der Wagen die Pflegekraft, wenn Material knapp zu werden droht, zum anderen kann das System automatisch Nachschub für das Stationslager anfordern. Die Logistik wird so schlanker und funktioniert reibungsloser.

Leitfäden für künftige Projekte

Die umfassende und tief gehende Analyse der Anforderungen an den Pflegewagen hat den SeRoDi-Forschern so viel Material geliefert, dass Schiller und seine Kollegen Leitfäden für ähnlich gelagerte künftige Projekte erstellen wollen. „Wir wollen damit praxisnahe Projekte anstoßen“, sagt Schiller und fügt hinzu, im Pflegebereich gebe es weitere interessante Prozesse zu erkunden. Mehr noch: Die erforschten Prozesse ließen sich in Teilen auch auf andere Bereiche übertragen. Das gilt zum Beispiel für die Hotellerie oder den Bereich des sogenannten Ambient Assisted Living, bei dem es um den Einsatz von Assistenzsystemen für ein selbstbestimmtes Leben im Alter geht. Die IAT-Forscher haben im Verlauf von SeRoDi bereits festgestellt, dass die Betreiber von Kliniken und Pflegeheimen großes Interesse an solch unterstützenden Werkzeugen haben. „Sie wollen ihren Pflegekräften die Arbeit erleichtern und das Berufsbild dadurch auch ansprechender machen.“

So sind weitere Entwicklungen wie Personenlifter oder Roboter für den Patiententransport bereits angedacht. Dafür, wie Patienten auf die Serviceroboter reagieren, fehlen noch abschließende Erkenntnisse. Schiller nimmt aber an, dass es sich um eine Generationenfrage handeln könnte. Während heute ältere Menschen die Robotik vielleicht noch eher reserviert betrachteten, sei diese Technologie jüngeren Menschen schon weitaus vertrauter, sodass sie vermutlich im Alter eine höhere Akzeptanz mitbrächten. Klar sei auch, dass Roboter in Bereichen, in denen Empathie eine entscheidende Rolle spielt, mit der direkten Interaktion zweier Menschen noch nicht mithalten könnten.. Auch deshalb übernehmen die SeRoDi-Entwicklungen zwar unterstützende Tätigkeiten, direkt am Menschen arbeitet jedoch immer noch die erfahrene Pflegekraft.

 (c) Fraunhofer IPA/Heike Quosdorf
Das Forschungsprojekt SeRoDi macht aus unhandlichen Pflegewagen dienstbare Serviceroboter, die sich per Smartphone beispielsweise zum nächsten Einsatzort schicken lassen.

User und Anbieter virtuell verlinken

Noch sind Serviceroboter im Allgemeinen sehr teuer, weil sie meist in geringen Stückzahlen produziert werden. Da aber die demografische Entwicklung zu einem steigenden Bedarf an Servicerobotern führen dürfte, arbeiten Forscher am Stuttgarter Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) im Projekt SeRoNet an einer Entwicklung, die der Servicerobotik weiteren Auftrieb bringen könnte. „Die Idee ist eine Online-Plattform, die alle Beteiligten eines Entwicklungsprozesses an einen virtuellen Tisch bringt“, erklärt ISW-Mitarbeiter Sebastian Friedl. Bisher verläuft die Anschaffung eines Serviceroboters in etwa so: Der Endkunde definiert seine Anforderungen, dann beginnt die Suche nach geeigneten Anbietern, die Hard- und Software entwickeln und den Roboter in die Systeme des Kunden integrieren. Die Stückzahlen solcher Entwicklungen liegen in der Regel im niedrigen zweistelligen Bereich, die Entwicklungskosten sind entsprechend hoch.

„Diese Kosten wollen wir mit SeRoNet senken“, sagt Friedl. Die geplante Plattform soll zum einen – vereinfacht gesagt – wie ein App-Store funktionieren: Der Kunde beschreibt sein Problem, die an der Plattform beteiligten Anbieter können darauf reagieren. Geplant ist auch, dass Komponentenhersteller beispielsweise Bauteile oder Softwarekomponenten direkt anbieten können. Zum anderen besteht die Plattform aus einer Wissensdatenbank zur Servicerobotik und entsprechenden Entwicklungswerkzeugen. „Wir wollen es schaffen, dass Endkunden einen zentralen Einstiegspunkt zur Servicerobotik finden“, so Friedl. Je nach Anforderungen erhalten sie eine Liste mit geeigneten Herstellern sowie einen Preisrahmen und können die Hersteller so gezielt ansprechen. „Unsere Vision der Plattform wäre: Ich beschreibe ein Problem, und die Plattform präsentiert mir einen fertig konfigurierten Roboter‘ “, sagt Friedl. So weit wird es in diesem ersten Schritt jedoch wohl noch nicht kommen. Für die Datenbank müssen eine Vielzahl von Parametern sortiert, vorhandenes Know-how erfasst und formalisiert werden, damit eine Art Servicerobotik- und Komponenten-Katalog entstehen kann.

Das Know-how in Robotik bringen neben der Universität Stuttgart vor allem der Robotikhersteller KUKA, das Fraunhofer IPA und die Hochschule Ulm in SeRoNet ein. Das auf vier Jahre angelegte Projekt läuft seit März 2017, kommendes Jahr soll ein Prototyp der Online-Plattform startbereit sein. Noch gibt es in diesem Bereich zahlreiche Schnittstellen. Daher liegt das Augenmerk des ISW vor allem darauf, zum Beispiel die interne Kommunikation der Roboter zu vereinfachen und, wo möglich, zu vereinheitlichen. Das Ziel ist, dass Komponenten künftig direkt und sofort funktionsfähig auf den Roboter geladen werden können. Das ISW will dafür eine Kommunikationsarchitektur aufbauen, in der einzelne Komponenten miteinander „sprechen“ können. Auf dieser Basis soll dann ein erster Demonstrator entstehen. Langfristig wächst eine umfassende Servicerobotik- Datenbank lassen, die Lösungen für möglichst viele Anwendungsfälle bereithält. Auf diese Weise entfielen aufwendige und teure Neuentwicklungen für niedrige Stückzahlen zugunsten von überschaubaren Anpassungen.

Gerade für Software-Entwickler dürfte diese Plattform interessant sein, weil sie den Vertriebsaufwand senkt. Um diesen Aspekt näher zu erforschen, sind auch Wissenschaftler des Heinz Nixdorf Instituts, Universität Paderborn (Nordrhein-Westfalen) beteiligt, die aus der Plattform tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln versuchen.
Jens Eber

Christian Schiller, Dienstleistungsentwicklung Fraunhofer IAO, Tel.: +49 711/970-2185, E-Mail

Sebastian Friedl, Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW), Tel.: +49 711/685-82444, E-Mail

Das Projekt: SeRoDi (Servicerobotik zur Unterstützung bei personenbezogenen Dienstleistungen)                 

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Andrea Mayer-Grenu

Wissenschaftsreferentin; Forschungspublikationen