Könnte die Antwort auf Mobilitätsprobleme eines Tages so einfach sein wie ein paar Hosen anzuziehen? Ein Forschungsteam unter der Leitung von Jonathan Rossiter, Professor an der Universität Bristol, hat kürzlich einen Prototyp einer Roboterhose vorgestellt, von der sie hoffen, dass sie einigen behinderten Menschen helfen kann, ohne andere Hilfe zu gehen.
Als Ingenieur, der nach Wegen sucht, wie Menschen mit Rückenmarksverletzungen ihre Gliedmaßen wieder bewegen können, weiß ich genau, wie sich der Verlust der Mobilität auf die Lebensqualität einer Person auswirkt und wie die Wiederherstellung dieser Bewegung helfen kann. Angesichts der erstaunlichen Zahl von Menschen mit Behinderungen (allein in Großbritannien über 6, 5 Millionen Menschen mit Mobilitätsproblemen) und unserer alternden Bevölkerung könnten Geräte, die die Mobilität verbessern, einem großen Teil der Bevölkerung helfen.
Trotz 50 Jahren Forschung wurde diese Technologie nur selten außerhalb des Labors angewendet. Ist die neuartige Entwicklung von Roboterhosen auf dem Weg, endlich eine funktionierende Mobilitäts-Technologie ins Haus zu bringen?
Im Gegensatz zu den starren Robotern im Animationsfilm The Wrong Trousers von Wallace und Gromit verwenden die neuen so genannten „Right Trousers“ weiche künstliche Muskeln, um Bewegung zu erzeugen und die realen Muskeln des Trägers zu nutzen. Diese ahmen die menschlichen Muskeln nach, indem sie eine Kraft erzeugen, indem sie einfach kürzer werden und an beiden Enden ziehen.
Durch das Bündeln mehrerer künstlicher Muskeln kann die Assistenzhose ein Gelenk wie das Knie bewegen und dem Benutzer bei Bewegungen wie dem Aufstehen vom Stuhl helfen. Da die künstlichen Muskeln elastisch und weich sind, sind sie sicherer als herkömmliche Motoren, die in starren Roboter-Exoskeletten verwendet werden, die trotz ihrer Kraft steif und unbequem sind.
Die Forscher haben verschiedene Ideen vorgestellt, wie künstliche Muskeln verkürzt und Bewegung erzeugt werden können. Ein Design passt das Konzept der Luftmuskulatur an. Dabei handelt es sich effektiv um Ballons, die sich seitlich ausdehnen und in ihrer Länge verkürzen, wenn sie sich mit Luft füllen.
Eine andere vorgeschlagene Konstruktion verwendet Elektrizität, um einen künstlichen Muskel zu verkürzen, der aus einem Gel besteht, das zwischen zwei Kupferplatten angeordnet ist. Das Gel wird von Bereichen hoher elektrischer Spannung angezogen. Das Erzeugen von zwei verschiedenen Spannungen in den Platten zwingt das Gel dazu, um eine von ihnen zu schrumpfen, sie näher zusammenzubringen und den Muskel zu verkürzen.
Eine weitere in die Assistenzhose integrierte Technologie ist die funktionelle Elektrostimulation (FES). In die Hose eingewebte Elektroden, die sich strategisch über den Muskeln befinden, können speziell entworfene elektrische Impulse in den Körper senden, um den Kommunikationskanal zwischen Gehirn und Muskeln zu stören und die Muskeln direkt zum Zusammenziehen zu bewegen. Durch die Nutzung vorhandener Muskeln und die Umgehung des Gehirns kann die Assistenzhose sogar Muskeln ansteuern, die der Träger möglicherweise nur schwer alleine verwenden kann (z. B. aufgrund eines Schlaganfalls).
Dank speziell angefertigter Kunststoff-Kniestützen, die sich beim Abkühlen versteifen, kann die Hose auch Benutzern helfen, die Probleme haben, längere Zeit zu stehen. Durch die Temperaturregelung der Zahnspangen kann sich das Knie bewegen oder in seiner Position arretieren, um das Stehen zu halten, ohne dass die Muskeln (echte oder künstliche) viel Kraft aufwenden müssen.
Zu den weiteren Merkmalen gehört ein automatischer Gurt, der einen Mechanismus ähnlich der Luftmuskulatur verwendet, um das An- und Ausziehen der Hose einfach und sicher zu gestalten.
Die Forscher schlagen vor, ein eingebettetes elektronisches System zu schaffen, das Informationen über die Bewegung und den Zustand des Trägers von in die Hose eingebetteten Sensoren empfängt und alle Systeme steuert, um die Bewegungen auf die Bedürfnisse des Benutzers abzustimmen. Die Elektronik würde es den Benutzern ermöglichen, ihre Bewegung über Steuerelemente zu steuern, die direkt auf die Hose gewebt sind. Die Herausforderung wird darin bestehen, die Bewegung der künstlichen Muskeln und die elektrische Stimulation der realen Muskeln als Reaktion auf die Körperhaltung des Benutzers zeitlich abzustimmen.
Verbleibende Herausforderungen
Die Right Trousers sind einzigartig in ihrem Ansatz, Spitzenforschung und etablierte Techniken in einem einzigen Prototyp zusammenzuführen. Abgesehen von der Neuheit der Roboterhose überzeugt das Gerät als praktische Hilfstechnologie durch die Tatsache, dass es an viele verschiedene Benutzer angepasst werden kann. Dies lässt die Hoffnung aufkommen, dass es weithin angenommen werden könnte, wenn andere frühere Unternehmungen gescheitert sind.
Dies ist jedoch nur der Prototyp. Ein funktionierendes Produkt ist wahrscheinlich mindestens fünf Jahre entfernt und wichtige Fragen müssen beantwortet werden, um zu diesem Stadium zu gelangen. Wo wird es all den Strom speichern, den es braucht? Wie können alle Systeme miniaturisiert und in die Hose eingebettet werden, damit sie nicht unhandlich und unhandlich werden? Kann der Controller vorhersagen, welche Aktion angesichts der sich ständig ändernden Komplexität realer Umgebungen, in denen Benutzer unterwegs sind, am besten geeignet ist?
Andere Technologien haben das Potenzial, die Hose noch weiter zu verbessern. Gehirn-Computer-Schnittstellen, die Gehirnsignale decodieren können, werden jetzt in Systemen verwendet, die gelähmten Menschen helfen, sich wieder zu bewegen. Die Hilfshose durch Gedanken zu steuern, könnte es für viele Menschen wieder mühelos machen, einen Schritt zu machen.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Ioannis Dimitrios Zoulias, Postdoktorand für Biomedizintechnik, Universität Reading
