idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Grafik: idw-Logo

idw - Informationsdienst
Wissenschaft

Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instanz:
Teilen: 
26.11.2004 10:31

Was einfache Laufroboter über unsere Beinbewegung erzählen

Stefanie Hahn Abteilung Hochschulkommunikation/Bereich Presse und Information
Friedrich-Schiller-Universität Jena

    Laufforscher der Universität Jena konstruieren und erforschen künstliche Beine

    Jena (26.11.04) Maschinen zu entwickeln, die alltägliche Bewegungen, wie Gehen oder Rennen ausführen, stellt Forscher in aller Welt immer noch vor Probleme. Zwar gibt es Laufroboter, doch der träge Gang der kilo-schweren Maschinen erinnert eher an schleichende Opas, denn an dynamische Läufer. "Wenn wir laufen, dann federn unsere Gelenke den Aufprall ab", erklärt Dr. André Seyfarth. Dieses flexible Nachgeben sei essenziell für die Laufbewegung, ebenso die Reibung, die an unseren Fußflächen entsteht. Beim Rennen berührt ein Fuß lediglich für Sekundenbruchteile den Boden. "Trotzdem erreichen wir eine stabile Bewegung ohne zu fallen", verdeutlicht der Bewegungsforscher von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Mit seinem Team vom Lauflabor ist er angetreten, um den Gangartwechsel beim Menschen zu erforschen. Ein Ziel der Forschung ist die Konstruktion einfacher Laufroboter. Gab es diese künstlichen Beine vor einem Jahr nur auf dem Papier, so hüpft jetzt ein gemeinsam mit Ingenieuren der Ilmenauer Firma Tetra gebauter Prototyp im Kreis im Labor herum.

    Neben der Analyse von Gangmustern am Messlaufband und der Simulation der Beinbewegung am Computer, haben die Jenaer Wissenschaftler so den biologischen (Vor)Gang technisch umgesetzt. "Wer bei Laufrobotern an Maschinen auf zwei Beinen denkt, wird von unserer simplen mechanischen Umsetzung wahrscheinlich enttäuscht sein", sagt Seyfarth. Doch wer sich dafür interessiert, welche fundamentalen Gesetze unserer Beinbewegung innewohnen, dem geben die überraschend einfachen Beinroboter erstaunliche Auskünfte.

    "Wir haben uns gefragt, was sind die Grundanforderungen, die wir an ein Bein stellen", erläutert Seyfarth das Vorgehen. Zwei Metallstäbe, Ober- und Unterschenkel federnd gelagert und durch ein Scharniergelenk verbunden, werden von der Hüfte her mit einem Motor angetrieben. Mehr braucht es eigentlich nicht für einen laufenden Roboter. Der Motor erzeugt eine Schwingung und steht stellvertretend für unsere oszillierenden Muskeln. "Genau wie diese weiß der Motor nicht, wohin die Bewegung gehen wird", erklärt der Jenaer Wissenschaftler. Die Bewegungsrichtung werde durch die Beinkonstruktion bestimmt.

    Die Füße haben die Jenaer Wissenschaftler in den ersten Modellbeinen noch vernachlässigt. Um eine natürlich anmutende Hüpfbewegung zu erreichen, werden sie nicht gebraucht. "In dieser Einfachheit liegt der wissenschaftliche Gewinn", ist sich Seyfarth sicher. Relativ schnell stellte sich allerdings heraus, dass die künstlichen Metallbeine ohne Fuß auf der Bodenplatte wegrutschten. Ein elastischer Gummipfropfen aus dem Material, aus dem auch Laufschuhe sind, löste dieses Problem. "Das zeigt, wie wichtig die Reibung beim Laufen ist", nennt Seyfarth eine wesentliche Erkenntnis. Natürlicherweise sind es schon die Fersen- und Ballenpolster am Fuß, die den Stoß abfangen helfen.

    Beim Gangartwechsel gibt es keinen schleichenden Übergang, sondern je nach Geschwindigkeit gehen wir oder wechseln bei höheren Geschwindigkeiten schlagartig zum zweibeinigen Hüpfen, was unser Rennen eigentlich ist. Bei schnellen dynamischen Bewegungen verschwinden die Details, die Muskulatur muss sich auf die Beinmechanik verlassen können. Das haben die Bewegungsforscher bei ihren Experimenten erkannt und beim Bau der Laufroboter berücksichtigt. "Die Weiterentwicklung von künstlichen Beinen, die selber stabil laufen, könnte zum Beispiel zu besseren Beinprothesen führen", erläutert Seyfarth den Nutzen der grundlegenden Forschung im Lauflabor der Uni Jena.

    Kontakt:
    Dr. André Seyfarth
    Nachwuchsforschergruppe "Lauflabor" der Universität Jena
    Dornburger Str. 23, 07743 Jena
    Tel.: 03641 / 945730
    E-Mail: oas@uni-jena.de


    Weitere Informationen:

    http://www.lauflabor.de


    Bilder

    Künstliches Bein Prototyp
    Künstliches Bein Prototyp
    Foto: Seyfarth/Uni Jena
    None

    Laufroboter Typ B
    Laufroboter Typ B
    Foto: Seyfarth/Uni Jena
    None


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Biologie, Ernährung / Gesundheit / Pflege, Informationstechnik, Medizin, Sportwissenschaft
    überregional
    Forschungsergebnisse
    Deutsch


     

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).