Adaptiver Exoanzug zum Gehen. Kostenlose Neuigkeiten aus der technischen Bibliothek

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Adaptiver Geh-Exosuit

18.11.2021

Forscher an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences. John A. Paulson (SEAS, USA) hat einen neuen Roboter-Exosuit entwickelt, der sich an eine bestimmte Person anpassen und sich an verschiedene Gehaufgaben anpassen kann. Das bioinspirierte System nutzt Ultraschallmessungen der Muskeldynamik.

Menschen gehen selten mit konstanter Geschwindigkeit und auf einer perfekt ebenen Oberfläche. Wir beschleunigen, wenn wir zum nächsten Meeting eilen, wenn wir auf ein Signal für einen Fußgängerüberweg reagieren. Oder wir bremsen ab, wenn wir im Park spazieren gehen. Auch die Oberfläche und ihr Neigungswinkel ändern sich ständig, egal ob wir wandern oder über eine Rampe in ein Gebäude steigen. Darüber hinaus wird unsere Art zu gehen von unseren physiologischen Merkmalen beeinflusst: Geschlecht, Größe, Alter und Muskelstärke, und manchmal von neurologischen oder muskulären Erkrankungen wie Schlaganfall oder Parkinson-Krankheit.

Eine solche Variabilität macht es schwierig, einen vielseitigen Exosuit – im Wesentlichen einen tragbaren Roboter – zu entwickeln, der Menschen beim Gehen im Alltag hilft. Die heutigen Laufassistenten-Roboter brauchen Stunden, um eingerichtet zu werden – und manchmal von Hand. Dies ist eine mühsame Aufgabe für gesunde Menschen und oft unmöglich für ältere oder klinische Patienten.

In der Vergangenheit konzentrierten sich Wissenschaftler bei der Entwicklung individueller Assistenzprofile für Roboter-Exosuits auf die dynamischen Bewegungen der Gliedmaßen des Trägers. Die SEAS-Forscher verfolgten einen anderen Ansatz. Mit Ultraschall „schauten“ sie unter die Haut und maßen direkt, wie die Muskeln des Benutzers bei verschiedenen Arten des Gehens agieren.

Die Wissenschaftler befestigten ein tragbares Ultraschallsystem an den Waden der Studienteilnehmer und visualisierten ihre Muskeln, während sie eine Reihe von Gehaufgaben durchführten. Basierend auf diesen vorab aufgezeichneten Bildern schätzte die Gruppe, wie viel Unterstützungskraft parallel zur Wadenarbeit aufgebracht werden musste, um die zusätzliche Muskelarbeit zu kompensieren, die erforderlich ist, um das Bein der Person beim Gehen abzustoßen.

Das neue System benötigte nur wenige Sekunden des Gehens – oder sogar nur einen Schritt – um das Profil der Muskeln zu erfassen. Dann maßen die Forscher für jedes per Ultraschall erzeugte Profil, wie viel Stoffwechselenergie die Person beim Gehen mit und ohne Exosuit verbrauchte. Es stellte sich heraus, dass der Exosuit die Stoffwechselenergie beim Gehen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und auf verschiedenen Oberflächen erheblich reduziert.

Bei Tests unter realen Bedingungen konnte sich der Exosuit schnell an Änderungen der Gehgeschwindigkeit und der Oberflächenneigung anpassen.

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Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

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