Laufen lernen

Hinter dem Exoskelett ?VariLeg? steht ein interdisziplin?res Team von elf ETH-Studierenden und Doktoranden. Entwickelt wurde der erste Prototyp urspr¨¹nglich von neun Bachelor-Studierenden des Departements Maschinenbau und Verfahrenstechnik im Zuge eines Fokusprojekts von Herbst 2014 bis Fr¨¹hjahr 2015. Das Exoskelett, das nun beim Cybathlon zum Einsatz kommt, ist eine Weiterentwicklung dieses Prototyps und entstand in einem darauffolgenden Fokusprojekt. ?Wir hatten von Anfang an den Cybathlon als Ziel?, erz?hlt Patrick Pfreundschuh, Bachelorstudent Maschinenbau. ?Wir waren ¨¹berzeugt, dass wir den urspr¨¹nglichen Prototypen noch ein deutliches St¨¹ck verbessern und fit f¨¹r diesen einzigartigen Wettbewerb machen k?nnen.? Gemeinsam mit einigen Beteiligten aus dem Ursprungsteam machte sich das neue Team daher im Herbst 2015 an die Arbeit.

Mit ihrem Prototyp wollen die Studierenden ein wesentliches Problem vieler Exoskelette l?sen: die fehlende Flexibilit?t. Auf unebenen B?den ist diese erforderlich, sodass die Beine kleine Hindernisse ausgleichen k?nnen. Die Software bestehender Exoskelette tr?gt diesem Problem zu wenig Rechnung. Die Beine fahren stets die von der Software vorgegebene Position an und k?nnen so leicht umkippen. Das ?VariLeg? hingegen ist dank eines Federmechanismus im Knie flexibler. Anstatt das Bein voll durchzustrecken, kann es so zum Beispiel leicht gebeugt bleiben.

Was das VariLeg-Team bei der Fortf¨¹hrung des Projektes zun?chst untersch?tzt hatte, war wie unterschiedlich Paraplegiker im Vergleich zu k?rperlich nicht eingeschr?nkten Menschen ein Exoskelett handhaben. Beim ersten Fokusprojekt war der Prototyp aus Sicherheitsgr¨¹nden stets von k?rperlich gesunden Menschen getestet worden. Erst die zweite Truppe konnte sich mit Hilfe des Schweizer Paraplegiker Zentrums (SPZ) Philipp Wipfli und Werner Witschi als zwei querschnittgel?hmte Piloten, sprich Tr?ger des Exoskeletts, in ihr Team holen. Die beiden stehen den jungen Entwicklern mit Rat und Tat zur Seite, wobei sie auch ihre Berufserfahrung ¨C Philipp Wipfli war Physiotherapeut und Werner Witschi ist Elektroingenieur ¨C mit einbringen k?nnen. ?Ihr Feedback half uns vor allem dabei die Bewegungen des Exoskeletts sowie die Befestigungen ergonomischer und intuitiver zu gestalten?, erl?utert Patrick Pfreundschuh.

Gehen ist f¨¹r Gel?hmte sehr anstrengend

?Ein Mensch ohne Behinderung macht unbewusst kleine Ausgleichsbewegungen mit den Muskeln in den Beinen oder der H¨¹fte?, erkl?rt Stefan Schrade, der seine Doktorarbeit ¨¹ber das Exoskelett am ETH Labor f¨¹r Rehabilitation Engineering schreibt und zum VariLeg-Team geh?rt. Dadurch h?lt ein nicht gel?hmter Mensch viel besser das Gleichgewicht. Tr?gt ein Mensch mit L?hmung in den Beinen das Exoskelett muss das technische Ger?t das gesamte Gewicht tragen, zumal auch noch die Muskelspannung wegf?llt. ?Damit Menschen mit L?hmung VariLeg tragen k?nnen, mussten wir den Prototyp stabiler machen und zum Beispiel das Kniegelenk verst?rken?, berichtet Fabian Walter. Als Bachelorstudent Elektrotechnik ist er unter anderem f¨¹r die Steuerung der Motoren zust?ndig.

Auch die aufrechte Haltung ist f¨¹r einen Paraplegiker sehr anstrengend. Nur nach einem gewissen Training konnten die Piloten die gesamte Wettbewerbsstrecke zur¨¹cklegen. Daher trainieren sie jede Woche zwei bis drei Mal f¨¹r jeweils ein bis zwei Stunden. Wer von beiden beim Wettkampf antritt, wird kurzfristig entschieden werden.

Auch mit viel ?bung bleibt der Gang mit einem Exoskelett langsamer als ein Spaziergang mit zwei gesunden Beinen. Das liegt vor allem daran, das Exoskelette allgemein noch am Anfang der Entwicklung stehen. Bislang werden sie vor allem in der Rehabilitation eingesetzt.

Lohnenswerter Einsatz f¨¹r Menschen mit Behinderung

Ob sie beim Cybathlon Chancen auf den Sieg haben, lassen die ETH-Studierenden offen. ?Hauptsache unsere Technik funktioniert fehlerfrei,? sagt Patrick Pfreundschuh. Wie es nach dem Wettkampf weitergeht, ist noch offen. Stefan Schrade wird seine Forschungen mit dem Prototyp in jedem Fall fortsetzen, andere Teammitglieder wie Fabian Walter wollen ihr Masterstudium beginnen und Patrick Pfreundschuh hat ein Praktikum bei einer Roboterfirma geplant. Gelohnt hat sich der Einsatz f¨¹r ?VariLeg? in jedem Fall f¨¹r alle. ?Wir entwickeln etwas, was Menschen zugutekommt, und haben gleichzeitig viel ¨¹ber Teamarbeit und andere Fachrichtungen gelernt?, sagen alle ¨¹bereinstimmend.