© Carnegie Mellon University, College of Engineering

Biomechanik
06/03/2015

Auf dem Weg zum Sieben-Meilen-Exoskelett-Stiefel

Ein Exoskelett-Stiefel, der von US-Forschern entwickelt wurde, senkt den Energiebedarf beim Gehen und zwar ohne eine Energiequelle zu benötigen.

von Markus Keßler

Der menschliche Gang hat sich im Verlauf der Evolution zu einer sehr effizienten Fortbewegungsmethode entwickelt. Perfekt ist die Mechanik allerdings nicht. Forscher der Carnegie Mellon University in den USA wollen dies ändern und haben einen Exoskelett-Stiefel entwickelt, der die Energiekosten für das Gehen reduziert. Die Konstruktion aus Stahl, Kohlefaser und Aluminium funktioniert sehr einfach, lediglich eine Feder und ein Seilzug sind für die Mechanik vonnöten. "Neue Studien, die mit Ultraschall die Wadenmuskulatur beim Gehen untersucht haben, sind zum Ergebnis gekommen, dass während eines Schritts hauptsächlich Kraft ausgeübt wird, um die Belastung aufzufangen, statt Arbeit zu verrichten. Das ist nicht effizient. Unsere Konstruktion produziert Kraft, ohne Energie zu verschwenden”, sagt Steve Collins von der Carnegie Mellon im Gespräch mit der futurezone.

Das Exoskelett reduziert also passiv die Belastung der Wadenmuskeln während des Gehens. “Wir können den nötigen Energieaufwand um etwa sieben Prozent reduzieren”, sagt Collins. Ob mit den Hightech-Stiefeln eine bessere Marathon-Zeit möglich wäre, ist derzeit noch unklar, da die Forscher erst ganz am Anfang stehen. “Derzeit haben wir nur Messergebnisse für das Gehen auf ebenem Grund. Wir glauben aber, dass auch beim Auf- oder Abwärtsgehen und beim Laufen eine ähnliche Energieersparnis möglich ist, weil die Biomechanik dieselbe ist”, erklärt Collins. Das Limit der Energieersparnis ist jedenfalls noch nicht erreicht. Die Forscher glauben, dass sie noch bessere Stiefel konstruieren können.

Noch nicht im Laden

“Theoretisch können sich kinetische und potenzielle Energie beim Laufen auf ebenem Untergrund die Waage halten, es ist keine zusätzliche Energie nötig. Deshalb glauben wir, dass wir das Limit der Verbesserungen noch nicht erreicht haben”, sagt Collins. Mögliche Einsatzbereiche haben die Forscher aber bereits identifiziert. Vor allem für Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen könnte das Exoskelett das Gehen deutlich vereinfachen. Auch Personen, die regelmäßig viel laufen müssen, könnten die Belastung für ihre Beine mit den Stiefeln reduzieren. Collins nennt etwa Briefträger und Krankenschwestern als mögliche Kundschaft. Hier sind aber noch Untersuchungen zu den tatsächlichen Auswirkungen notwendig.

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Das Tragen des Exoskeletts ist laut Collins sehr angenehm und führt auch bei längeren Einsätzen nicht zu Problemen. “Die Belastung für Bänder und Gelenke wird sogar reduziert”, sagt der Forscher. Ob und wann die Stiefel für normale Konsumenten erhältlich sein werden, ist noch unklar. “Wir verhandeln mit einigen interessierten Unternehmen, haben aber noch keine fixen Pläne für eine Kommerzialisierung”, erklärt Collins. Der Preis könnte bei etwa 1000 US-Dollar liegen, so die Entwickler, allerdings hängt das stark von den Umständen ab. Auch ein um den Faktor 10 höherer oder niedrigerer Preis wäre im Bereich des Vorstellbaren.

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