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Flexible Roboter-Hose: Forscher entwickeln Exosuite mit »Gangschaltung«

Systeme zur Bewegungsunterstützung hatten bisher einen Haken: Sie unterstützten entweder das Gehen oder das Laufen. US-Forscher präsentieren nun eine Roboter-Hose, die sich an die jeweilige Fortbewegungsweise anpasst. Der Exosuit könnte auch bei der Rehabilitation von Schlaganfallpatienten helfen.

US-Forscher haben einen Exosuite entwickelt, der bei verschiedenen Gangarten Unterstützung leisten kann. Bildquelle: © Havard Wysse Institute

US-Forscher haben einen Exosuite entwickelt, der bei verschiedenen Gangarten Unterstützung leisten kann.

Zwischen dem gemächlichen Gehen und dem Laufen um das eigene Leben können menschliche Gangarten einen weiten Geschwindigkeitsbereich abdecken. Typischerweise wählen wir den Gang, der es uns erlaubt, bei einer bestimmten Geschwindigkeit die geringste Energiemenge zu verbrauchen. Bei langsamer Bewegung ist die Stoffwechselrate im Geh-Modus niedriger als beim Rennen. Umgekehrt ist bei hohen Geschwindigkeiten die Stoffwechselrate beim Laufen geringer als beim schnellen Gehen. Deshalb schalten wir ab einer bestimmten Geschwindigkeit automatisch vom Geh- in den Laufmodus um und umgekehrt.

Bei der Entwicklung von Robotersystemen, zum Beispiel für die Rehabilitation, war die Unterstützung beider Gangarten aufgrund der unterschiedlichen Biomechanik bisher eine Herausforderung. Daher galt bisher entweder-oder. So unterschiedlich beide Gangarten sind, sie haben auch etwas gemeinsam: eine Verlängerung des Hüftgelenks. Diese beginnt zu dem Zeitpunkt, wenn der Fuß den Boden berührt und einen erheblichen Energieaufwand für den Vortrieb des Körpers erfordert.

Dieses Muster machten sich Forscher vom Harvard Wyss Institute zu Nutze und entwickelten einen tragbaren Exosuite, der  bei der gangspezifischen Hüftstreckung beim Gehen und beim Laufen hilft. Das System besteht aus textilen Komponenten, die an Taille und Oberschenkeln getragen werden, und einem mobilen Antriebssystem, das am unteren Rücken befestigt ist und von einem Algorithmus gesteuert wird, der den Übergang vom Gehen zum Laufen und umgekehrt zuverlässig erkennt.

Stoffwechselkosten reduzieren

Welchen Effekt die Unterstützung hat, zeigten die Forscher anhand eines Laufbandbasierten-Indoor-Tests. Die Probanden senkten im Schnitt ihre Stoffwechselkosten um 4 Prozent beim Laufen; beim Gehen waren es sogar 9,3 Prozent. »Wir waren begeistert zu sehen, dass das Gerät auch beim Bergaufgehen, bei unterschiedlichen Laufgeschwindigkeiten und bei Tests im Freien gut funktioniert hat«, so Studienleiter  Dr. Conor Walsh .

Der neueste hüftunterstützende Exosuit ist deutlich leichter als frühere Modelle* des Teams. Insgesamt wiegt das System nur 5 kg, wobei mehr als 90% seines Gewichts in der Nähe des Körperschwerpunkts liegen. Dieser Ansatz – in Kombination mit der textilen Oberfläche  – minimiert die energetische Belastung und Bewegungseinschränkung für den Träger. »Das ist beim Gehen wichtig, aber noch mehr beim Laufen, da sich die Gliedmaßen viel schneller hin und her bewegen«, erklärt Mitautor Jinsoo Kim. (me)

*Ein früheres Modell ist dank einer Kooperation mit ReWalk Robitics in den USA und Europa erhältlich.