Federstiefel senkt den Energieaufwand beim Gehen um sieben Prozent
02.04.2015
US-Forscher haben ein neues Gerät entwickelt, welches das Laufen nach einer Verletzung oder im Alter zukünftig erheblich erleichtern könnte. Wie die Forscher im Magazin "Nature" berichten, fungiere das so genannte „Exoskelett“ wie ein „Katapult“ und könne dadurch den Energieaufwand beim Gehen um sieben Prozent senken.
Gehhilfe benötigt keine Energie
Ein neues Gerät könnte zukünftig helfen, nach einer Verletzung oder bei altersbedingten Verschleißerkrankungen wieder besser laufen zu können. Dies berichtet der Wissenschaftler Steven Collins von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh im Fachmagazin "Nature". Demnach könne das so genannte „Exoskelett“ den Energieaufwand beim Gehen um sieben Prozent reduzieren. Zudem würde die Laufhilfe keine elektrische Energie benötigen, sondern rein mechanisch durch eine Feder funktionieren, welche sich auf die Achillessehne und die Wadenmuskeln auswirke. Dadurch könne das Exoskelett eine sinnvolle Unterstützung bieten, wenn Menschen z.B. aufgrund von Verletzungen oder altersbedingtem Verschleiß Probleme mit dem Laufen haben. „Für eine 65-jährige aktive Person, könnte es wirklich eine Verlängerung ihrer aktiven Jahre bedeuten“, erklärt Koautor Gregory Sawicki weiter.
Ein Gefühl, als würde ein schwerer Rucksack abgelegt
Die Laufhilfe würde optisch einem Stiefel ähneln, 500 Gramm wiegen und überwiegend aus Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen. Wird diese genutzt, würde sich beim Gehen ein Effekt einstellen, „als habe man einen vier Kilogramm schweren Rucksack abgelegt“, erläutert der Wissenschaftler. Dies werde durch den Energieverbrauch der Muskeln erreicht, der auch dann entstehe, wenn sich die Muskeln zusammenziehen. "Das antrieblose Exoskelett ist wie ein Katapult", so Gregory Sawicki. „Es hat eine Feder, die die Aktivität der Achillessehne nachahmt und arbeitet parallel zu den Wadenmuskeln, um deren Belastung zu reduzieren."
Feder muss im richtigen Moment gespannt werden
Damit dieser Mechanismus funktioniert und die Feder im richtigen Moment gespannt wird, dürfe jedoch die Sperrvorrichtung am oberen Ende nur beim Auftreten greifen. Beim Abrollen würde sich die Feder hingegen spannen und elastische Energie speichern, welche beim Abdrücken des Fußes schließlich freigesetzt werde. „Es ist die erste Arbeit, bei der ich mir bewusst bin, dass diese ein passives System demonstriert, welches den Energieaufwand beim Gehen reduzieren kann", so der Maschinenbauingenieur Michael Goldfarb von der Vanderbilt University in Nashville, Tennessee.
Forscher entwickeln bereits seit über 100 Jahren Laufhilfen
„Menschen sind begabte Wanderer. Über Generationen haben unsere Körper Muskel-, Skelett- und Nervensysteme entwickelt, die gut geeignet sind für die Fortbewegung", schreibt Steven Collins. Um Beeinträchtigungen ausgleichen zu können, würde daher schon seit mehr als 100 Jahren versucht, geeignete Exoskelette zu entwickeln. Doch bislang sei es der Forschung selbst mit elektrisch betriebenen Geräten nicht gelungen, die jetzt erreichten sieben Prozent Energieeinsparung deutlich zu übertreffen, soCollins weiter. Dies könne sich nun jedoch schnell ändern: „Schon bald könnten wir einfache, leichte und relativ günstige Exoskelette haben, die uns beim Umherlaufen helfen.“ (nr)
>Bild: Prof. Sankai, University of Tsukuba / CYBERDYNE Inc.
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