Mobilität neu definiert

Cybathlon 2020

Mobilität neu definiert

Zehn Wochen bleiben dem Team VariLeg enhanced bis zum
CYBATHLON 2020. Der Zeitplan stimmt: Bis Ende 2019 hat
das Team an der Hochschule Rapperswil (HSR) das Exoskelett technisch weiterentwickelt. Seit Anfang Jahr trainiert Pilot Thomas Krieg nun Hindernis um Hindernis.

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Ein Knopfdruck genügt: Langsam sackt Pilot Thomas Krieg im Exoskelett zusammen und landet sanft auf dem Stuhl. «Wir haben gerade den Notausschalter getestet», erklärt Silvia Rohner, Projektleiterin und Coach des VariLeg-enhanced-Teams sowie Mitarbeiterin am Institut für Laborautomation und Mechatronik der HSR. Sie ist sichtlich zufrieden mit der Bewegung des Exoskeletts: «Jetzt reagiert das System so, wie es bei einem Notfall, zum Beispiel wenn es dem Piloten nicht gut geht, reagieren soll.» Es sei kein Vergleich zu früher, als das Exoskelett den Piloten bei einem Notaus mit einem Schlag zusammensacken liess.

«Die neuen Sohlen haben den Vorteil, dass wir ihre Form flexibel an Thomas’ Füsse anpassen können.»

Die Notausfunktion ist nur eine von mehreren Funktionen des Exoskeletts, die seit Ende Sommer 2019 optimiert worden sind. «Ursprünglich ist das Exoskelett ja aus dem Fokusprojekt von 15 Studierenden der ETH und der HSR entstanden – als Prototyp», sagt Raphael Schröder, Lead Engineer des Projekts und wie Silvia Mitarbeiter am Institut für Laborautomation und Mechatronik der HSR. «Wir sind damit an zwei Demo-Rennen als Vorbereitung auf den CYBATHLON. Dafür haben wir vorgängig sehr viel trainiert», erzählt Raphael weiter. Nach dieser intensiven Zeit sei ein «Service» nötig gewesen, weil ein Prototyp in der Regel anfälliger sei als ein ausgereiftes Produkt. «Zusätzlich haben wir Teile des Systems erneuert, um das Exoskelett wettkampftauglich zu machen.» Mit Wir meint Raphael das sechsköpfige Team aus Ingenieuren und Studierenden der HSR, die das Projekt bis zum CYBATHLON im Mai weitertreiben. 

Das Exoskelett kann gelähmte Menschen unterstützen, indem es ihnen ermöglicht, aufrecht gehen zu können.
Pilot Thomas Krieg und das Team VariLeg enhanced bereiten sich intensiv auf den CYBATHLON vor. Die Technik des Exoskeletts wird dabei laufend optimiert.

Fussplatten aus dem 3-D-Drucker

Als Erstes schraubte das Team das ganze Exoskelett auseinander, um zu sehen, wie das Innenleben nach dem intensiven Training aussah. «Die Mechanik war intakt. An der Elektronik hingegen haben wir viel angepasst, weil wir da immer wieder Probleme hatten», sagt Raphael und ergänzt: «Wir haben neu verkabelt und die Elektrobox am Rücken des Piloten neu gebaut.» Zudem musste für die Fussplatten eine neue Idee her. «Die ursprünglichen Fussplatten aus Carbon hatten Bruchspuren», erzählt Silvia, «obwohl Carbon als äusserst robust gilt. Aber wir konnten uns nicht mehr auf diese Fussplatten verlassen.» Hinzu kommt, dass das Team im Falle eines Defekts unflexibel wäre, weil die Herstellung von Carbon sehr aufwendig ist. Die neuen Fussplatten bestehen aus einem festen oberen Teil aus Aluminium. Die Sohlen, die unten ans Aluminiumteil geschraubt werden, sind aus Kunststoff und kommen aus dem 3-D-Drucker. «Das hat den Vorteil, dass wir ihre Form flexibel an Thomas’ Füsse anpassen können. Zudem könnten wir sie im Notfall kurzfristig vor dem Wettkampf nachproduzieren», sagt Silvia.

«Ich freue mich, wenn technisch alles rund läuft
und Thomas gut im Ziel ankommt.» 

Höhenverstellbare Krücken

Gleichzeitig mit den neuen Fussplatten testet Thomas Krieg die höhenverstellbaren Krücken. «Uns ist aufgefallen, dass wenn Thomas im Exoskelett aufsteht, die Krücken eigentlich zu lang sind und er eine unbequeme Haltung einnehmen muss», erklärt Silvia. Die neuen Krücken könne er über den Hebel unter dem Griff verlängern, sobald er aufgestanden sei. Sie unterstützen Thomas nicht nur beim Aufstehen, betont Raphael: «Für das Hindernis in der schiefen Ebene kann er die bergseitige Krücke verkürzen und es so relativ aufrecht meistern.»
Die letzte grosse Anpassung, bevor nur noch trainiert wird, betrifft die Software. «Wir haben sie überarbeitet, sodass wir die Wünsche der Piloten beim Training einfach und flexibel umsetzen können. Das betrifft zum Beispiel die Trajektorien, also die Schrittabläufe, die Thomas ausführt», sagt Raphael. Der Schrittablauf sieht für jedes der sechs Hindernisse in der Disziplin «Powered Exoskeleton Race» leicht anders aus – und muss entsprechend geübt werden.

Hindernis um Hindernis

Thomas’ Parcours sieht folgendermassen aus: Als Erstes muss er von einem Sessel aufstehen, danach im Slalom um einige Möbel herumlaufen, über unebenes Terrain, eine Treppe hoch und wieder runter, dann folgt die erwähnte schiefe Ebene – und zuletzt muss er über eine Rampe und eine Tür öffnen. «Wir trainieren mit Thomas jeweils ein Hindernis. Sobald er eines kann, nehmen wir das nächste dazu», erklärt Silvia. Die ersten zwei im Parcours konnte Thomas bereits Ende Sommer 2019 fehlerfrei bewältigen. Mit den neuen Fussplatten und Krücken muss er sich wieder an die Hindernisse gewöhnen. «Langweilig wird es uns nicht», meint Raphael: «Sobald Thomas alle Hindernisse nimmt, arbeiten wir an der Zeit.» Denn am CYBATH­LON kommt es nebst der Punktzahl auch auf die Geschwindigkeit an. Wobei ihm persönlich der Rang nicht wichtig sei, meint Raphael. «Ich freue mich, wenn technisch alles rund läuft und Thomas gut im Ziel ankommt.» 

Der CYBATHLON findet am 2. und 3. Mai 2020 in der Swiss Arena in Kloten statt. EKZ ist Presenting Partner des CYBATHLON.

> cybathlon.ch