Roboterbeine entschlüsseln menschlichen Gang

Wissenschaftler der University of Arizona haben die bis jetzt echten Beinen am nächsten kommenden Roboterbeine entwickelt. Die Forscher schreiben im Journal of Neural Engineering http://iopscience.iop.org/1741-2552 , dass diese Forschungsergebnisse dabei helfen könnten zu verstehen, wie Kinder das Laufen lernen. Haupteinsatzgebiet sollen jedoch Verletzungen der Wirbelsäule sein.

Kontrolle wird nachgeahmt

Das Team entwickelte dafür eine Version des Systems des Informationssystems, das für die Entstehung der rhythmischen Muskelsignale verantwortlich ist, die das Gehen kontrollieren. Matt Thornton vom Royal National Orthopaedic Hospital http://rnoh.nhs.uk betont, dass diese Forschungsarbeit so bedeutend ist, weil der Roboter die Kontrolle nachahmt und nicht nur die Bewegung.

Es gelang den Wissenschaftlern den Central Pattern Generator (CPG) nachzubilden, das neurale Netzwerk im Lendenbereich, das rhythmische Muskelsignale generiert. Der CPG stellt diese Signale her und kontrolliert sie dann über das Sammeln von Informationen aus den verschiedenen Bereichen des Körpers, die beim Gehen eine Rolle spielen.

Das ermöglicht dem Menschen zu gehen, ohne darüber nachzudenken. Die einfachste Form eines CPGs wird als Half Center Modell bezeichnet. Es besteht aus nur zwei Neuronen, die abwechselnd Signale abgeben und so einen Rhythmus entstehen lassen. Auch sind Sensoren verbaut, die Informationen liefern, wie ein Bein auf eine Oberfläche trifft.

Neuropsychologische Grundlagen

Die Wissenschaftler gehen jetzt davon aus, dass Kinder genau mit diesem einfachen Modell an den Start gehen und im Laufe der Zeit komplexere Bewegungsmuster entwickeln. Das könnte erklären, warum die Kleinen, die auf ein Laufband gestellt werden, Schritte machen, auch wenn sie noch gar nicht gehen können.

Die Wissenschaftler schreiben in dem Fachmagazin, dass dieser Roboter ein komplettes Neurobionik-Modell dieses Systems darstellt und beweist, dass diese Art von Forschung für das Verstehen der neuropsychologischen Grundlagen des Gehens bei Menschen und Tieren von großer Bedeutung sind.

Theresa Klein, eine der Autorinnen der Studie, sagt, dass es gelungen ist, eine Gangart herzustellen, die das menschliche Gehen nur über ein einfaches Half Center, das die Hüften und eine Reihe von Reflexreaktionen der unteren Gliedmaßen kontrolliert, ermöglicht. „Die Grundlagen dafür könnten auch im Zentrum des CPGs stehen und erklären, warum Patienten nach Verletzungen der Wirbelsäule die Fähigkeit zu gehen wiedererlangen können“, so Klein.