Exoskelett spart Energie beim Gehen

Pittsburgh (USA)/Raleigh (USA) - Der Mensch hat im Laufe der Evolution das Gehen perfektioniert. Dennoch lässt sich der Energieverbrauch bei jedem Schritt noch optimieren. Dafür entwickelten amerikanische Biomechaniker eine mechanische Gehhilfe, mit der sie die Effizienz beim Schreiten ganz ohne Motorunterstützung oder Batteriebetrieb um über sieben Prozent steigern konnten. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, erzielten sie diesen Effekt mit einem sogenannten Exoskelett, das vor allem die Wadenmuskelatur unterstützte.

„Die Stoffwechselrate eines gehenden Menschens lässt sich mit unserem Exoskelett, das selbst über keinen Antrieb verfügt, reduzieren“, erläutern Steven Collins von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh und seine Kollegen von der University of North Carolina at Chapel Hill. Auf der Grundlage einer genauen Analyse der Biomechanik beim Gehen kombinierten sie eine Feder mit einer speziellen Kupplung, die die Federspannung während des Gehens kontrollierte. Mit gepolsterten Manschetten ließen sich diese mechanischen Gehhilfen - jeweils nur ein halbes Kilogramm schwer – an die Unterschenkel von mehreren Testpersonen schnallen.

Während der Testläufe zeigte sich, dass sich die Feder spannte wenn der Fuß auf dem Boden auflag. Wurde danach der Fuß wieder angehoben, entspannte sich die Feder wieder. Die Feder bewegte sich dabei entsprechend der Dehnung und Entlastung der Achilles-Sehne. Dank dieser Unterstützung musste vor allem der Wadenmuskel weniger Arbeit leisten. Nach vielen Gehversuchen mit neun Testpersonen fanden Collins und Kollegen die ideale Federspannung für ihre Gehhilfe. Die spezifische Leistung eines Menschens beim Gehen konnte so von knapp drei Watt pro Kilogramm auf 2,67 Watt pro Kilogramm reduziert werden. Diese Effizienzsteigerung von 7,2 Prozent entspricht etwa der Leistung, die beim Tragen einer vier Kilogramm schweren Last aufgebracht werden müsste.

Gesunde Menschen mögen solche Gehhilfen nicht benötigen. Doch wer etwa nach einer Operation oder Krankheit wieder das Gehen trainiert, könnte von diesen Exoskeletten profitieren. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass diese Entwicklung auch auf Interesse im Militärsektor stößt. Denn Infantrie-Soldaten könnten mit diesen Exoskeletten weitere Strecken laufen und dabei höhere Lasten tragen.