Ein Paraplegiker lernt laufen

Zehn ETH-Studenten bauten ein Hightech-Gerät, das Gelähmte wieder gehen lässt. Jetzt bereiten sie sich auf den Cybathlon in Zürich vor.

Der querschnittsgelähmte Werner Witschi bereitet sich am Exoskelett auf den Wettkampf vor. Foto: Tom Egli

Der querschnittsgelähmte Werner Witschi bereitet sich am Exoskelett auf den Wettkampf vor. Foto: Tom Egli

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Werner Witschi ist ab dem zwölften Brustwirbel querschnittsgelähmt, doch nun läuft er wieder. Noch ist er in der Lernphase, und seine Schritte sind etwas staksig. Konzentriert verfolgt er die elektrisch summenden Bewegungen seiner Beine und balanciert gleichzeitig seinen Oberkörper mithilfe der Krücken aus. Noch verlangen ihm die Schritte viel Kraft ab, doch der Aufwand lohnt sich. «Es war eindrücklich, meine Frau erstmals wieder auf Augenhöhe anzusehen», sagt Witschi. Dies hat er zehn Studenten um Patrick Pfreundschuh von der ETH Zürich zu verdanken. Sie haben eine Maschine gebaut, die seine gelähmten Glieder wieder gehen lassen.

Die Rede ist von einem Exoskelett. Ein Hightech-Gerät, welches wie ein Gerüst Hüfte bis Fuss umfasst. Es ist mit gepolsterten Manschetten straff befestigt, damit leistungsstarke Elektromotoren die Arbeit der Muskeln übernehmen können. Steuern kann sie der Patient über die Schaltung an den Krücken. Wie viel Technologie in der Maschine namens Varileg steckt, lässt sich lediglich erahnen, sie verbirgt sich hinter den weissen Abdeckungen.Das Exoskelett erscheine etwas massig, findet Witschi. Doch Pfreundschuh und seine Kollegen sind mit dem Ergebnis zufrieden. Die angehenden Maschinenbauingenieure befinden sich im Endspurt für den Bachelor. Für die vergangenen zwei Semester durften sie sich entscheiden: entweder Vorlesungen besuchen oder an einem Fokusprojekt mitmachen. Sie wählten Letzteres. «So konnten wir das Gelernte erstmals anwenden und umsetzen», sagt Pfreundschuh.

Schwierige Steigungen

Doch die Zeit war knapp. Sie hatten neun Monate, um Varileg zu entwickeln. Nun bleibt noch ein Monat bis zum grossen Tag. Dann findet der Cybathlon statt, ein Wettkampf, an dem die Hilfsmittel von behinderten Athleten im Vordergrund stehen. Eine der insgesamt sechs Disziplinen ist der Parcours für Exoskelette. Dort muss Werner Witschi diverse Hindernisse bewältigen. Dabei muss er selbstständig von einem Sofa aufstehen, geradeaus laufen sowie Steigungen und Treppen überwinden.

Das klingt einfach. Doch für einen Gelähmten ist das eine Herausforderung. Aufstehen und geradeaus laufen gelingen Witschi bereits ohne grösseren Aufwand. Im Moment übt er sich an einer Rampe von 10 Grad Neigung ab. Am ­Cybathlon muss er 20 Grad schaffen. Witschi läuft Schweiss über die Stirn. «Das ist kräftezehrend», sagt er. Beim Abstieg gerät sein Körper in Vorlage, sodass seine Oberarme noch zusätzliches Gewicht stabilisieren müssen. Stets zu seiner Seite stehen zwei Studenten, die ihn jederzeit stabilisieren können, falls seine Kräfte nachlassen.

Doch dies ist heute nicht nötig. Ist das Hindernis erst einmal überwunden, sinkt Witschi erschöpft auf den Hocker und ruht eine Weile aus. «Die Schrittabfolge ist noch nicht natürlich genug», sagt er.

Patrick Pfreundschuh eilt zum Laptop, ändert einige Einstellungen und erklärt: «Von der Seite her gesehen, bewegt sich der Fuss beim Laufen in der Form, die einer Ellipse gleicht.» Anhand dieser kann Pfreundschuh die Länge, die Höhe und die Steigung der Fussbewegung variieren. Zurzeit macht er dies noch am Laptop, doch demnächst kann der Pilot das eigenständig an den Krücken einstellen. «Unser Krückeninterface finde ich recht cool», sagt Pfreundschuh, «von den Exoskeletten, die ich bisher gesehen habe, hat unseres die meisten Einstellmöglichkeiten.»

Das ist nicht die einzige Besonderheit. Speziell ist auch der am Oberschenkel angebrachte Federmechanismus. Die Studenten nennen ihn «mechanisch variable Impedanz». Er regelt die Beweglichkeit des Knies und sorgt dafür, dass sich der Fuss einem unebenen Untergrund anpassen oder unvorhersehbare Hindernisse gut absorbieren kann. Daher stammt auch der Name Varileg: variables Bein. «Wir konnten aber noch nicht testen, ob das tatsächlich einen Vorteil bringt», sagt Pfreundschuh. Bis jetzt hat Witschi das Exoskelett noch nie auf Unebenheiten getestet. Er trainierte immer im Kellergeschoss des Balgrist Campus, wo der Hindernispark aufgebaut ist.

An diesen tastet Witschi sich nach und nach heran. Jedes zusätzliche Hindernis bringt unvorhergesehene kleine Komplikationen mit sich, die das Team gemeinsam meistert. Heute bereiten die Schuhe Schwierigkeiten, denn Witschis Fersen rutschen beim Aufwärtsgang aus den Sneakers. Deshalb müssen sie das Training ständig unterbrechen, damit ein Helfer die Füsse wieder in Position bringen kann. Doch der Schuhlöffel kann auf Dauer keine Lösung sein. Die Schuhe sind vier Nummern zu gross, weil das Fussmodul hineinpassen muss. Nach kurzem Überlegen steht fest: Für das nächste Training müssen hoch geschnittene Modelle her.

Simulationen am Computer

«Wenn die Anbindung zum Patienten nicht stimmt, kann die Maschine noch so gut sein, es läuft nicht richtig», sagt Pfreundschuh. «Alles andere kann man relativ gut vorausplanen.» Das Design etwa testeten die Studenten vorgängig mit Simulationen am Computer, und die Technik überprüften sie mit einem gesunden Probanden aus dem Team. «Den Rest sieht man erst beim Ausprobieren», sagt Pfreundschuh.

Damit auch die restlichen Kräfte per Manschetten sauber vom Exoskelett übertragen werden, braucht es möglichst grosse Kontaktflächen. Allerdings spüren Paraplegiker oft nicht, wenn etwas drückt. Das kann zu Druckstellen führen, die sie verheilen lassen müssen, was bis zu vier Wochen dauern kann. «Zum Glück hatten wir das noch nie», sagt Pfreundschuh. «Diese Zeit haben wir nicht, gerade jetzt, wo es auf den Cyb­athlon zugeht.»

Der Druck ist gross, denn ein Teil der zehn anderen Exoskelett-Teams, gegen die sie antreten, kommen aus Firmen, die bereits seit Jahren an ihren Geräten arbeiten. Das Varileg-Team hingegen startete bei null. Die Studenten sind gerade erst mit ihrem Grundstudium fertig, und es ist die erste Maschine, die sie bauten. «Es ist schon schwierig, gegen Exoskelette zu gewinnen, die es schon zu kaufen gibt», sagt Pfreundschuh. «Aber es wäre eine grosse Bestätigung, vorne mit dabei zu sein.»

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 28.08.2016, 23:07 Uhr

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