Geh-Turbo für Ältere

Roboterschuh soll seine Träger „beflügeln“

Wissenschaftler des Biomechatronics Laboratory der US-Universität Stanford haben einen Roboterschuh entwickelt, der den Gang seines Trägers regelrecht „beflügeln“ soll. Das Exoskelett verspricht „außergewöhnliche Verbesserungen“ bei der Gehgeschwindigkeit und der Energieeinsparung, wovon künftig insbesondere ältere Menschen profitieren sollen.

Der Roboterschuh habe einen Motor, der mit den Wadenmuskeln zusammenarbeitet, um dem Träger bei jedem Schritt einen zusätzlichen Schub zu geben. Doch im Gegensatz zu anderen Exoskeletten werde dieser Schub dank eines auf maschinellem Lernen basierenden Modells, das in jahrelanger Arbeit mit Emulatoren trainiert wurde, individuell angepasst, erläuterte die Uni in einer Mitteilung.

Das Exoskelett erleichtert demnach das Gehen und kann die Geschwindigkeit erhöhen, indem es ein Drehmoment auf den Knöchel ausübt und so einen Teil der Funktion des Wadenmuskels ersetzt. Wenn der Benutzer einen Schritt macht, kurz bevor seine Zehen den Boden verlassen, hilft ihm das Gerät, sich abzustoßen.

Wenn eine Person das Exoskelett zum ersten Mal benutzt, bietet es bei jedem Schritt ein etwas anderes Muster der Unterstützung. Durch die Messung der resultierenden Bewegung bestimmt das maschinelle Lernmodell, wie die Person beim nächsten Gang besser unterstützt werden kann. Den Forschenden zufolge dauert es nur etwa eine Stunde, bis sich das Exoskelett auf einen neuen Benutzer eingestellt hat.

(Bild: Kurt Hickman)

30 Kilo weniger am Rücken
„Die optimierte Unterstützung ermöglichte es den Menschen, neun Prozent schneller zu gehen und dabei 17 Prozent weniger Energie pro zurückgelegter Strecke zu verbrauchen als beim Gehen in normalen Schuhen. Dies sind die größten Verbesserungen in Bezug auf die Geschwindigkeit und den Energieverbrauch beim ökonomischen Gehen, die bisher mit einem Exoskelett erzielt wurden“, so Steve Collins, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Leiter des Stanford Biomechatronics Laboratory.

Im direkten Vergleich auf einem Laufband biete das Exoskelett eine etwa doppelt so hohe Reduktion der Anstrengung wie bisherige Geräte. Berechnungen der Forscher zufolge entsprachen die Energieeinsparungen und der Geschwindigkeitszuwachs dem „Abnehmen eines 30-Kilo-Rucksacks“.

(Bild: Kurt Hickman)

Wertvolle Unterstützung für Ältere
Ziel ist es, Menschen mit Mobilitätseinschränkungen, insbesondere älteren Menschen, dabei zu helfen, sich in der ganzen Welt so zu bewegen, wie sie es möchten. Der nächste Schritt für das Exoskelett besteht darin, herauszufinden, was es für die Zielgruppe leisten kann. Die Forscher planen zudem, Varianten zu entwickeln, die das Gleichgewicht verbessern und Gelenkschmerzen lindern, und mit kommerziellen Partnern zusammenzuarbeiten, um das Gerät zur Marktreife zu bringen.

„Ich glaube, dass wir im nächsten Jahrzehnt sehen werden, wie diese Ideen der personalisierten Unterstützung und der effektiven tragbaren Exoskelette vielen Menschen helfen werden, Mobilitätsprobleme zu überwinden oder ihre Fähigkeit zu einem aktiven, unabhängigen und sinnvollen Leben zu erhalten“, schilderte Patrick Slade, der als Doktorand in Stanford an dem Exoskelett gearbeitet hat.