Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was einfache Laufroboter über unsere Beinbewegung erzählen

26.11.2004


Künstliches Bein Prototyp Foto: Seyfarth/Uni Jena


Laufroboter Typ B Foto: Seyfarth/Uni Jena


Laufforscher der Universität Jena konstruieren und erforschen künstliche Beine
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

Stefanie Hahn | idw
Weitere Informationen:
http://www.lauflabor.de
http://www.uni-jena.de

Weitere Berichte zu: Beinbewegung Bewegungsforscher Laufroboter

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Abstoßung von Spenderorganen: Neue Biomarker sollen Komplikationen verhindern
15.12.2017 | Deutsche Herzstiftung e.V./Deutsche Stiftung für Herzforschung

nachricht Antibiotikaresistenzen durch Nanopartikel überwinden?
15.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik