Elektromotor Treppensteigen leicht gemacht für Rollstuhlfahrer

Autor Sariana Kunze

Ein Rollstuhl, der Treppen steigen kann, könnte das Fortbewegungsmittel der Zukunft für Gehbehinderte sein. Studierende der ETH Zürich haben diese Vision Realität werden lassen und mit Hilfe von Elektromotoren den Scalevo-Rollstuhl entwickelt.

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Mit dem Scalevo-Rollstuhl stellen Treppenstufen für gehbehinderte Menschen kein Hindernis mehr dar.
Mit dem Scalevo-Rollstuhl stellen Treppenstufen für gehbehinderte Menschen kein Hindernis mehr dar.
(Bild: Scalevo)

Was bei den Paralympics nicht erlaubt ist, ist bei dem ersten Cybathlon sogar ein Muss: Der Einsatz modernster Technik. Bei diesem neuen Duell geht es nicht wie bei den paralympischen Spielen um die sportliche Höchstleistung, sondern um die optimale Verbindung von alltagstauglichen robotischen Hilfsmitteln für Menschen mit einem Handicap. Anfang Oktober stellten sich 74 Athleten aus 25 Ländern bei dem ersten Cybathlon in Zürich dem bionischen Kräftemessen. Unterstützt wurden die Teilnehmer von den beteiligten Wissenschaftlern und Unternehmen, die gemeinsam an der Verfeinerung der Technik feilten. „Die Vorbereitungen zum Cybathlon haben uns allen die Augen für die Bedürfnisse von Menschen geöffnet, die körperlich eingeschränkt sind“, resümiert der Initiator Robert Riener, Professor für Sensomotorische System an der ETH Zürich. Auch ein Studententeam von Prof. Riener trat beim Cybathlon mit einer ganz speziellen Entwicklung an: einem elektrischen Rollstuhl, der Treppen steigen kann.

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Vom Roboter zum elektrischen Rollstuhl

Zehn Schweizer Studierende der ETH Zürich haben sich das Ziel gesetzt, querschnittsgelähmten Menschen eine barrierefreie Zukunft zu ermöglichen. Kein Hindernis soll mehr die Bewegungsfreiheit von Rollstuhlfahrern einschränken. Deshalb haben die angehenden Ingenieure einen neuen Typ Rollstuhl entwickelt. Ihren ersten gehbehinderten Testfahrer konnten die Studenten mit dem Scalevo-Rollstuhl sofort überzeugen. Der Aufwand hat sich gelohnt. Die ersten Feedbacks von weiteren gehbehinderten Menschen fielen weltweit positiv aus. „Viele Leute möchten unseren Rollstuhl schon jetzt kaufen“, sagt Carlos Gomes, Maschi- neningenieur an der ETH Zürich. Gomes hat den Scalevo-Rollstuhl, der Treppen rückwärts auf zwei Raupen hochfahren kann, mitentwickelt. Ursprünglich sollte der Rollstuhl nur ein Roboter werden, der Treppen steigen kann. Doch die Studenten wurden von ihrem Professor ermutigt, einen Schritt weiter zu gehen und etwas zu entwickeln, das Gehbehinderten den Alltag erleichtern könnte. Und so begannen acht Ingenieure der ETH Zürich im Sommer 2014 mit der Entwicklung eines treppensteigenden Rollstuhls. Dieser sollte wendig sein, einfach zu bedienen – und vor allem sicher. Für die Optik holten die Studenten noch Verstärkung ins Team: zwei Industriedesign-Studierende der Zürcher Hochschule der Künste. Das Grundprinzip war schnell gefunden. Der Rollstuhl sollte im Normalbetrieb auf zwei Rädern fahren, wie ein Segway. Die Treppen wollte man dagegen mit Raupen überwinden, die sich ein- und ausfahren lassen. Da der Rollstuhl, mit dem Namen Scalevo, zwei Fortbewegungsprinzipien vereint, gilt er als Hybridstuhl.

Selbstbalancierend, wie mit einem Segway fahren

Nach einem Jahr Entwicklungszeit sieht das Ergebnis wie folgt aus: Der Rollstuhlfahrer nähert sich einer Treppe und wählt mittels Touchscreen die entsprechende Funktion. Der Stuhl misst über Sensoren und Kameras die Neigung der Treppe und fährt diese automatisch rückwärts an. Die Raupen senken sich. Sie beginnen sich zu drehen und fahren die Treppe mit einer Sekunde pro Stufe hoch. Der Fahrer bleibt derweil immer in gerader Position. Sobald die Sensoren das Ende der Treppe erkennen, fahren Stützräder aus. So kann der Stuhl nicht kippen. Danach heben sich die Raupen und der Stuhl ist erneut auf zwei Rädern, selbstbalancierend, unterwegs. Die Räder und ebenso die Raupen sind mit zwei Maxon Elektromotoren versehen, die als Antriebe funktionieren. Zum Einsatz kommen bürstenlose DC-Motoren in Kombination mit Keramikgetrieben. Auf Keramik wird gesetzt, wenn auf die Bauteile hohe Kräfte wirken, die Getriebe aber trotzdem lange halten sollen. „Über die Jahrzehnte haben wir unsere Motoren perfektioniert“, erklärt Eugen Elmiger, CEO von Maxon. Er hat dem Studententeam die Antriebe von Maxon zur Verfügung gestellt und unterstützt den Cybathlon als Sponsor und Partner. „Die Motoren-Getriebe-Kombination ist stark, präzise, leise und mit je 3,2 kg relativ leicht. Die Maxon Ingenieure haben uns zudem kompetent beraten“, sagt Gomes. Die Studierenden zeigen sich mit ihrer Arbeit zufrieden. „Gute Teamarbeit war der Schlüssel zum Erfolg“, erklärt Gomes. Zudem bekamen sie viele Hinweise von Menschen mit einer Gehbehinderung, beispielsweise einen Gurt einzubauen oder den Sitz leicht nach hinten zu neigen, damit der Fahrer nicht nach vorn rutscht. „Uns wären solche Punkte gar nicht eingefallen“, gibt Gomes zu.

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Nach der Teilnahme am Cybathlon wollen die jungen Tüftler weiter an ihrer Entwicklung arbeiten. Es steht bei den angehenden Ingenieuren sogar die Idee einer Startup-Gründung im Raum. Denn die Studierenden möchten den Scalevo-Rollstuhl mit seiner eingebauten Raupe bald auf den Markt bringen. Und wer weiß, vielleicht ist es bald für Rollstuhlfahrer ganz normal, Treppen hoch- und herunterzufahren – ohne fremde Hilfe.

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