Forscher der Xi'an Jiaotong University haben ein neues Konzept für Exoskelette entwickelt, das diese nicht nur stabiler und widerstandsfähiger machen soll, sondern gleichzeitig auch freiere und natürlichere Bewegungen erlaubt. Möglich wird das durch den Einsatz spezieller neu designter Verbindungsgelenke, für die sich ihre Erfinder von Gliederfüssern wie Grashüpfern, Spinnen oder Krabben inspirieren liessen. Diese verfügen über ein natürliches Aussenskelett und gegliederte Beine.
"Die meisten Exoskelette, die bislang gebaut worden sind, basieren auf fix montierten Scharnieren, die um die eigene Achse rotieren", erklären die Wissenschaftler rund um Guanghua Xu, Professor an der School of Mechanical Engineering der Xi'an Jiaotong University, in ihrem Bericht in der Forschungsdatenbank "IEEE Xplore". Diese Bauweise sei zwar simpel und effektiv. "Sie spiegelt aber nicht die Art und Weise wider, wie menschliche Gelenke sich bewegen. Das kann die Bewegungsfreiheit ihrer Träger deutlich einschränken", betonen die Experten.
Für natürlichere und freiere Bewegungen sei es nötig, völlig neue komplexe Gelenke zu entwickeln. "Wir schlagen hierfür ein Modell vor, das die Anatomie von Grashüpfern nachahmt und aus einem Paar konjugierender Oberflächen und einem flexiblen Verbindungskörper besteht", erläutern die Forscher. Anatomische Experimente hätten nämlich gezeigt, dass Gliederfüsser wie Krabben oder Spinnen genau über solche Gelenke verfügen. "Wir haben diese Vorbilder aus der Natur nun für Anwendungen in der Robotik adaptiert", so Xu.
Um ihren Ansatz in punkto Praxistauglichkeit zu überprüfen, haben die chinesischen Wissenschaftler den Prototypen eines neuartigen Gelenks für Exoskelette gebaut. Dessen Design wurde auch von einem speziellen Algorithmus mitentworfen, der letztlich für die optimalen kinematischen Eigenschaften sorgen soll. Das Gelenk wurde anschliessend bei einer Reihe von Experimenten auf Herz und Nieren getestet.
"Das Ergebnis bestätigt die vorteilhaften Charakteristiken unseres Modells für robotische Systeme", so die Forscher: "In Zukunft könnte es dazu genutzt werden, effektivere Exoskelette zu entwickeln, die für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden können - zum Beispiel für die Rehabilitation oder die Erweiterung und Verstärkung menschlicher Fähigkeiten."
