Forscher entwickeln Treppenhilfe mit beweglichen Stufen
Jonas Schönfelder
12. Juli 2017
Treppe rauf, Treppe runter - und das alles federleicht. Forscher haben bewegliche Stufen entwickelt, die das Treppengehen erleichtern sollen. Besonders Leute, die nicht mehr ganz so gut zu Fuß sind, wird das freuen.
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Wer aufgrund seines Alters oder einer anderen Beeinträchtigung keine normalen Treppen steigen kann, ist bisher auf einen Treppenlift oder Aufzug angewiesen. Der amerikanische Forscher Yun Seong Song von der Missouri University of Science and Technology hat gemeinsam mit Kollegen ein System entwickelt, das die Bewegung beim Hinauf- oder Herabsteigen einer Treppe unterstützt. Dazu kommen bewegliche Treppenstufen zum Einsatz, die Energie zwischenspeichern können.
Schlaue Stufen
Und das funktioniert so: Die Treppenstufen sind mit Metallfedern an einem Aluminiumgestell befestigt und können sich darin auf und ab bewegen. Zudem besitzt jede Stufe eine elektromagnetische Sperre und einen Drucksensor. Geht eine Person die Treppe hinunter, senkt sich die Stufe durch das Gewicht ab und die Metallfedern speichern die Energie. Der Drucksensor sendet ein Signal an die elektromagnetische Sperre, die dafür sorgt, dass die Treppenstufe in der unteren Position bleibt. Beim Hinaufgehen löst sich der Elektromagnet einer Stufe immer erst dann, wenn ein Fuß die nächsthöhere Stufe berührt. Zieht die Person das hintere Bein nun nach oben, wird diese Bewegung durch die sich zusammenziehenden Metallfedern unterstützt. Ob eine Person nun die Treppe hinauf oder hinunter gehen möchte, erkennen Sensoren an den Stufen anhand des Tritts.
Eine federnde Treppe
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Der Körper benötige so rund 17 Prozent weniger Energie beim Hinaufsteigen und 22 Prozent weniger beim Herabsteigen der Stufen im Vergleich zu einer normalen Treppe, heißt es in der Studie, die heute im Wissenschaftsjournal "Plos One" veröffentlicht wurde. Zudem würden die Knie und Knöchel weniger belastet. Andere Hilfssysteme wie Aufzüge und Treppenlifts "sind teuer, benötigen viel Energie und helfen nicht, die Fähigkeit der Menschen, Treppen selbst zu steigen, zu erhalten", schreibt Studienautor Yun. "Es ist wichtig, motorische Hilfestellungen anzubieten, die den Menschen weiterhin die Möglichkeit geben, Treppen benutzen zu können und einen fortlaufenden Abbau der motorischen Fähigkeiten verhindern."
Bislang nur ein Prototyp
Die Hilfskonstruktion mit dem Namen "Energy Recycling Assistive Stairs" (ERAS) kann laut Erfindern mit wenig Aufwand auf bestehenden Treppen angebracht werden, sodass die oberste Stufe mit dem oberen Etagenboden abschließt. Die Technikkomponenten wie Drucksensor, Elektromagnet und Federn kosteten pro Stufe unter 50 US-Dollar.
Bis das System jedoch über den Status eines Prototyps hinaus kommt, wird es noch weitere Anpassungen geben müssen. So könne bisher der Härtegrad der Federn nicht ohne weiteres verändert werden. Wenn mehrere Personen mit unterschiedlichem Körpergewicht in einem Haushalt die federnde Treppe nutzen möchten, könnte das jedoch notwendig sein.
3-D-Druck hilft Mensch und Tier
Bauteile aus dem 3-D-Drucker sind längst auch in der Medizin angekommen. Einiges wird schneller in der Tiermedizin umgesetzt als am Menschen - weil hier die Genehmigungsverfahren nicht so kompliziert sind.
Bild: picture-alliance/dpa/P. Schulze
Mit dem zweiten Bein steht es sich besser
Im Weltvogelpark im niedersächsischen Walsrode hat Sekretär Söckchen einen neuen Unterschenkel bekommen. Die Vogeldame hatte sich ein Bein gebrochen. Weil die Nervenbahnen durchtrennt waren, musste das Bein amputiert werden, meldete der Vogelpark. Mit einem Ersatzbein aus dem 3-D-Drucker kann Söckchen jetzt wieder laufen. Söckchen ist knapp drei Jahre alt und rund 120 Zentimeter groß.
Bild: picture-alliance/dpa/P. Schulze
Operation geglückt
Die Welt für den Tukan Grecia ist fast wieder in Ordnung. Nach knapp einem Jahr intensiver Bemühungen haben Veterinärmediziner des Tierparks Zoo Ave bei San José in Costa Rica dem Vogel einen neuen Schnabel verpasst. Das Besondere daran: Der Schnabel stammt aus dem 3-D-Drucker und wurde passgenau für Grecia gefertigt.
Bild: picture-alliance/dpa/Rescate Animal Zoo Ave/H. A. Rivera
Schnabelprothese
Der Tukan war Ende 2014 von Jugendlichen schwer misshandelt worden. Um den neuen Schnabel zu entwerfen, wurde zunächst der Schädel des Tieres in einem Computertomographen eingescannt. Danach entwickelten die Ärzte am Computer ein passgenaues Modell, dass später angebracht wurde.
Bild: Getty Images/AFP/Ezequiel Becerra
Ein Rollstuhl für Luisa
Medizinische Ersatzteile aus dem 3-D-Drucker sind längst keine Ausnahme mehr. Auch Tiere können davon profitieren. Diese ehemalige Straßenhündin aus Italien verlor bei einem Unfall ihre Vorderbeine. Damit sie nicht immer auf die Schnauze plumpst, hat ihre neue Familie bei Ravensburg ihr einen Spezialrollstuhl mit 3-D-Prothese gebaut.
Bild: picture-alliance/dpa/F. Kästle
Brustschale aus dem Drucker
Luisa lebt bei Manuel Tosché und seiner Partnerin Petra Rapp. Die beiden betreiben eine Entwicklungsfirma für 3-D-Drucker. Die mit weichem Plüsch überzogene Brustschale ist eine Entwicklung des Sohnes und seiner Freundin. Sollte Luisa noch wachsen, kann eine größere Brustschale ausgedruckt werden.
Bild: picture-alliance/dpa/F. Kästle
Neue Hand dank 3-D-Drucker
Auch Menschen hilft die Drucktechnik: Der sechsjährige Maxence aus Frankreich hat eine Handprothese aus einem 3-D-Drucker bekommen. Er kam ohne rechte Hand zur Welt. Die orange-gelb-blaue Prothese kostete unter 50 Euro in der Herstellung.
Bild: J. Pachoud/AFP/Getty Images
Ersatz für die Schädelplatte
Hier sind sowohl der Kunststoffschädel als auch die Titan-Schädelplatte durch den 3-D-Druck entstanden. Vorlage war eine CT-Aufnahme - also eine dreidimensionale Röntgenaufnahme - des Patienten. So konnte die Schädelplatte feiner als auf einen Zehntelmillimeter genau angepasst werden.
Bild: DW/F. Schmidt
Knochen, der nachwächst
Dieses Implantat wurde in einem ähnlichen Verfahren aus Hydroxylapatit-Pulver hergestellt. Der Ersatzknochen - entwickelt am Foschungszentrum Caesar - verwächst mit der Zeit mit dem wirklichen Knochen. Nach und nach bildet sich echtes Knochenmaterial, während das Implantat langsam verschwindet.
Bild: caesar/3mat
Individualisierte Medizin für jedermann
Längst hat der 3D-Druck in der Zahnmedizin Einzug gehalten. Die Zeiten, als Zahnärzte aufwendig und kompliziert Abdrücke direkt vom Gebiss des Patienten nehmen mussten, sind längst vorbei. Heute wird das Gebiss im CT dreidimensional vermessen, die elektronischen Daten gehen ans Labor und der passende Zahnersatz kommt wenige Tage später von einem Spezialhersteller.
Bild: DW/F. Schmidt
Knochenkrebs durch Modell erkennen
Hier wurde das Modell eines von Krebs zersetzten Knochens an der Universität Duisburg ausgedruckt und aufgeschnitten. Solche Modelle können einerseits in der medizinischen Aus- und Fortbildung zum Einsatz kommen, andererseits können sie auch Ärzten helfen, Operationen vorzubereiten.
Bild: DW/F.Schmidt
Schwieriger bei weichen Organen
Bisher fällt es Medizinern jedoch schwer, den 3-D-Druck bei beweglichen Körperteilen zu nutzen, wie bei diesem Herz. Zwar ist es möglich, eine computertomographische Aufnahme des Herzens mit all seinen Verästelungen anzufertigen und dann auch das Ergebnis auszudrucken, aber das taugt höchstens als Präsentation im Unterricht .
Bild: DW/F.Schmidt
Gedrucktes Zellmaterial
Am Inserm-Institut bei Bordeaux wird seit 2005 mit gedruckten Zellstrukturen geforscht. Das Ganze nennt sich "Bioprinting". 10.000 Tröpfchen pro Sekunde kann ein solcher Zell-Drucker liefern. Bisher kann der Drucker menschliche Zellen reproduzieren, etwa als Probenmaterial - um Tierversuche zu vermeiden.
Bild: Reuters/R. Duvignau
Zellen für bestimmte Patienten
Als nächstes Ziel hat sich Inserm die Entwicklung individualisierter Zellstrukturen gesetzt. Damit könnten also für einen einzelnen Patienten genau die Zellen geliefert werden, die er braucht und die der Körper auch nicht abstößt. Später hoffen die Erfinder, implantierbare Zellstrukturen - etwa Organe oder zumindest Teile davon - herstellen zu können.