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Studie: Exoskelett kann Strom erzeugen und den Körper entlasten

  • Exoskelette stützen den Körper von außen.
  • Als eine von vielen Anwendungsmöglichkeiten können sie kranken oder alten Menschen das Gehen erleichtern.
  • Eine neue Apparatur kommt mit einem Zusatznutzen daher.
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Ein neu entwickeltes Exoskelett entlastet die Muskeln beim Gehen und gewinnt zusätzlich aus der Bewegung elektrischen Strom. Kanadische Wissenschaftler kombinierten das Exoskelett dazu mit einem Generator für Energy Harvesting – also für die Ernte von Energie. Das Gerät verringert den Energieaufwand des Körpers in jener Phase des Schritts, bei der die Schwingbewegung des Unterschenkels am Kniegelenk abgebremst wird. Die Studie der Gruppe um Michael Shepertycky von der Queen’s University in Kingston (Ontario, Kanada) ist in der Fachzeitschrift „Science“ erschienen.

Exoskelett kann bis zu 40 Prozent des benötigten Stroms täglich liefern

Den Nutzen des Geräts beschreiben Gregory Sawicki vom Georgia Institute of Technology in Atlanta (Georgia, USA) und zwei weitere Wissenschaftler in einem „Science“-Kommentar: „Solche Geräte könnten verschiedene Anwendungen haben, zum Beispiel die Erweiterung der Reichweite von Such- und Rettungsmannschaften zu Fuß, Abenteurern im Freien oder Soldaten auf humanitären Missionen“. In Entwicklungsländern könnte ein solches Exoskelett den Forschern zufolge an einem typischen Tag zwischen 20 und 40 Prozent des pro Person benötigten Stroms liefern. Wenn das Gerät zum Rennen optimiert würde, könnte damit noch deutlich mehr Strom gewonnen werden, schreiben Sawicki und Kollegen.

Das vom Team um Shepertycky entwickelte Exoskelett wiegt etwa 1,1 Kilogramm und wird am Oberkörper getragen. Manschetten an den Fußgelenken sind mit einem kleinen Seil verbunden, das im Gerät auf dem Rücken über eine Seilrolle geführt wird. Diese Rolle ist über eine Kupplung mit einem Stromgenerator verbunden. Streckt der Träger des Geräts sein Bein während der Schwingphase nach vorne, rollt sich das Seil von der Rolle ab, die mit ihren Umdrehungen wiederum den Generator antreibt. So entsteht der elektrische Strom.

Analyse des Energieverbrauchs beim Gehen für Entwicklung sehr wichtig

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Gleichzeitig wirkt der Generator als Widerstand gegen das Schwingen und verringert dadurch die Energie, die die Beinmuskeln für das Abbremsen der Schwingbewegung aufbringen müssen. Auf diese Weise wird der Körper entlastet. Anschließend entkoppelt sich die Seilrolle von der Kupplung und eine Feder sorgt dafür, dass sich das Seil wieder aufrollt. In den weiteren Phasen eines Schritts wird das Bein nicht durch eine Verbindung mit dem Generator belastet. Bei Tests mit zehn gesunden Männern auf Laufbändern fanden die Forscher heraus, dass das Gerät den Energieaufwand des Körpers um 2,5 Prozent verringert. Zusätzlich werden pro Schritt 0,25 Watt Strom generiert.

„Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Muskeln der unteren Extremitäten während der Schwungperiode des Gangs unterstützt werden können, obwohl zuvor angenommen wurde, dass diese Periode hauptsächlich passiv ist und wenig bis gar keine Muskelaktivität erfordert“, schreibt das Team um Shepertycky. Die Ergebnisse zeigten, wie wichtig es ist, den Energieverbrauch beim Gehen genau zu analysieren, um effizientere Hilfsmittel herstellen zu könnten.

RND/dpa

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