Hüftunterstützung: Exoskelett senkt Energieverbrauch beim Gehen
Ein Exoskelett südkoreanischer Forscher unterstützt die Bewegung der menschlichen Hüfte. Das hat mehrere Vorteile.
(Bild: Juneil Park und andere)
Ein Wissenschaftsteam der Chung-Ang Universität in Südkorea hat ein Exoskelett entwickelt, das Menschen mit Muskelschwäche oder anderen Beeinträchtigungen dabei hilft, das Gleichgewicht zu halten und beim Gehen den Energieverbrauch zu senken. Das Exoskelett wirkt auf die Frontalebene, die Bewegungen und die seitliche Stabilität beim Gehen unterstützt.
Das Exoskelett richtet sich an Menschen, die wegen Alterung, Muskelschwäche oder medizinischer Eingriffe Probleme beim Gehen haben, schreiben die Wissenschaftler in der Studie "Effect of hip abduction assistance on metabolic cost and balance during human walking", die in Science Robotics veröffentlicht ist.
"Unsere jüngste Arbeit wurde in erster Linie durch die Erkenntnis inspiriert, dass sich die meisten tragbaren Roboter zur Unterstützung des Gehens ausschließlich auf Bewegungen in der Sagittalebene konzentriert haben", sagt Giuk Lee, einer der beteiligten Forscher an der Studie. "Gehen ist jedoch von Natur aus eine dreidimensionale Aktivität, und die Bewegungen in anderen Ebenen sind genauso wichtig".
Deshalb haben sich die Forscher im Gegensatz zu anderen robotischen Systemen zur Unterstützung der Hüftabduktion auf die Frontalebene des Menschen konzentriert. Dabei handelt es sich um den vorderen Teil des menschlichen Körpers. Er hilft dabei, Bewegungen und die seitliche Stabilität beim Gehen zu unterstützen.
In der traditionellen Erforschung des Gehens wurden bislang Vorwärtsbewegung und das seitliche Gleichgewicht getrennt voneinander betrachtet, sagt Myunghee Kim, eine Mitautorin der Studie. Das habe sich nun geändert. "Erst in jüngster Zeit wurde die Unterstützung durch die Vorwärts-Rückwärts-Richtung für ihren Beitrag zur seitlichen Stabilität anerkannt. Der umgekehrte Effekt, d. h. der Einfluss der seitlichen Unterstützung auf die Effizienz des Vorwärts-Links-Gehens, ist jedoch noch nicht ausreichend erforscht."
Hüftunterstützung
In der Studie gehen die Wissenschaftler davon aus, dass der Energieverbrauch beim Gehen durch ein Exoskelett verringert werden kann, wenn es das natürliche Abduktionsmoment der Hüfte, die Bewegung des Beins weg von der Körpermitte, imitiert.
Das von den Forschenden entwickelte Exoskelett tut genau das. Beim Vorwärtsgehen verlagert sich der Schwerpunkt des menschlichen Körpers auf natürliche Weise zur Seite, um das Gleichgewicht zu halten. Diesen Prozess nennt man "Erholung". Während dieser Erholungsphase werden die Hüftabduktionsmuskeln beansprucht. Hier setzt das Exoskelett an. Es erleichtert seinem Träger, den Körperschwerpunkt mit verminderter Anstrengung wiederherzustellen.
Die Wissenschaftler testeten ihr Exoskelett in Simulationen und durch Experimente. Dabei stellten sie fest, dass die robotische Unterstützung den Energieverbrauch beim Gehen um 11,6 Prozent gegenüber dem normalen Gehen ohne Unterstützung senken konnte. Zugleich verbesserte es das Gleichgewicht und die Stabilität.
Die Forscher wollen nun untersuchen, wie die seitliche Unterstützung Menschen helfen kann, die in ihrer Mobilität eingeschränkt sind. Ziel soll es sein, das Exoskelett weiter zu verbessern, sodass es in der Rehabilitation sowie allgemein beim Gehen zur Unterstützung etwa nach Bein- und Hüftoperationen eingesetzt werden kann. Die Wissenschaftler wollen das Exoskelett langfristig vermarkten.
(olb)