Projektbeispiel: Gangtrainer

Mit dem Gangtrainer wieder laufen lernen

Das Training mit einem neuartigen, vollautomatisierten Gangtrainer ermöglicht es neurologisch erkrankten Menschen, das Gehen wieder zu erlernen. An der ZHAW School of Engineering ist ein solcher Gangtrainer von der ersten Idee bis zum Serienprodukt herangewachsen. Dank seiner einfachen Mechanik ist er auch für kleine Rehabilitationskliniken erschwinglich.

Als Folge eines Schlaganfalls und anderer neurologischer Erkrankungen sind viele Menschen in ihrer Gehfähigkeit eingeschränkt oder können gar nicht mehr gehen. Um den betroffenen Patienten das Gehen wieder beizubringen, sollen im Zuge der neurologischen Rehabilitation vermehrt sogenannte automatisierte Gangtrainer eingesetzt werden. Zusammen mit der Firma ABILITY Switzerland hat das Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP) der ZHAW School of Engineering die Entwicklung eines solchen Gangtrainers vorangetrieben. „Im Gegensatz zu den bestehenden Modellen ist der neu entwickelte Gangtrainer mit dem Namen LYRA® auch für kleine und mittelgrosse therapeutische Zentren und Kliniken erschwinglich“, so Projektleiter Adrian Fassbind vom ZPP. „Bisher sind solche Geräte in der Anschaffung teuer und deshalb meist nur in grossen forschungsorientierten Kliniken anzutreffen.“

 „Die Herausforderung für uns war es, mit einfachen mechanischen Bauteilen eine komplexe Bewegung zu ermöglichen.“

Prof. Adrian Fassbind, Projektleiter, Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP)

Am Anfang war die Idee

Seinen Anfang nahm das Projekt bereits vor fünf Jahren. Die Gründer des jungen Start-Up-Unternehmens ABILITY Switzerland hatten die Vision, ein kostengünstiges Rehabilitationsgerät speziell für Patienten zu entwickeln, welche aufgrund einer neurologischen Erkrankung in ihrer Mobilität eingeschränkt sind. Mit dieser Idee wandten sich die Jungunternehmer damals an das ZPP. „Die Herausforderung für uns war es, mit einfachen mechanischen Bauteilen eine komplexe Bewegung zu ermöglichen“, so Adrian Fassbind, der daraus die Aufgabenstellungen für eine Projekt- und eine Bachelorarbeit formulierte. „Das Ergebnis dieser ersten Arbeiten war sozusagen ein umgebauter Crosstrainer.“ Allerdings fiel das Feedback von Ärzten und Physiotherapeuten ernüchternd aus. In der Folge entschieden sich die Projektpartner dazu, das Konzept komplett zu überarbeiten. „Von der Neurologie weiss man, dass das Trainieren von Bewegungen positive Wirkungen aufs Gehirn haben kann, also rückwirkend“, so Adrian Fassbind. „Folglich haben wir uns gesagt: je genauer wir das Gangabbild hinkriegen, desto besser kann das Gehirn lernen, wieder zu laufen.“

Der Gangtrainer LYRA wird bereits in Kliniken in Österreich, Deutschland und der Schweiz eingesetzt
Der Gangtrainer LYRA wird bereits in Kliniken in Österreich, Deutschland und der Schweiz eingesetzt

Funktionsmuster entwickelt

Zusammen mit dem ZHAW-Departement Gesundheit haben Adrian Fassbind und die Ingenieure von ABILITY Switzerland Untersuchungen im Ganglabor durchgeführt, um den Gang des Menschen besser zu verstehen. Adrian Fassbind erklärt: „Unser Ziel ist es gewesen, den natürlichen Gang mit einer möglichst einfachen Mechanik zu simulieren.“ Dank der Zusammenarbeit mit den ZHAW-Physiotherapeuten am Departement Gesundheit ist es schliesslich gelungen, ein funktionierendes Grundprinzip zu entwickeln. „Ein Motor treibt ein Hebelgetriebe an, das die beiden Fussplatten bewegt, auf denen der Patient steht“, beschreibt Adrian Fassbind das Funktionsmuster. Von Seiten der Physiotherapeuten wurde allerdings bemängelt, dass die Konstruktion den Zugang zu den Beinen des Patienten einschränkt und die Arbeit somit erschwert. Im nächsten Schritt ging es also darum, die Technik weg vom Patienten in kompakten Konsolen zu verstauen. „Wir hatten ja bereits das funktionierende Prinzip, die Mechanik und das Getriebe“, so Fassbind. „Jetzt ging es um ein Redesign der Konstruktion.“

"Gerade erst haben zwei Studierende in einer Projektarbeit eine Teilfunktion des Gangtrainers untersucht, da ging es um die mechanische Schrittlängenverstellung für den Patienten."

Prof. Adrian Fassbind, Projektleiter, Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP)

Einsatz in der Praxis

In der Folge ist das Projekt von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) finanziell gefördert worden und schliesslich bis zum marktreifen Produkt herangewachsen. Seit einigen Monaten wird der neu entwickelte Gangtrainer LYRA® in der Klinik Bad Zurzach eingesetzt. Da die Patienten selber nicht stehen können, gibt ihnen ein Korsett mit Aufhängung den nötigen Halt. Die Technik ist inzwischen raffiniert verbaut. Die Funktionen des Geräts werden aber im Detail immer noch weiterentwickelt – unter anderem mithilfe der ZHAW School of Engineering. Diese Entwicklungsarbeit fliesst auch in den Unterricht ein. „Gerade erst haben zwei Studierende in einer Projektarbeit eine Teilfunktion des Gangtrainers untersucht“, so Fassbind. „Da ging es um die mechanische Schrittlängenverstellung für den Patienten.“ Auch in Zukunft werden Studierende weiter an der Optimierung des Gangtrainers arbeiten – in Form von Projekt- und Bachelorarbeiten, wie damals, als vom Gangtrainer erst die Idee vorhanden war.

Das ZPP war der Schlüsselpartner in der Entstehungsphase unserer Firma. Zusammen haben wir die technische Vision verwirklicht und ebneten den Weg für einen erschwinglichen Gangtrainer.

Serge Weydert, Mitgründer von Ability Switzerland AG schätzt die Zusammenarbeit mit der Hochschule

Publikationen

Fassbind, Adrian (2015); Gangtrainer: Intelligente Mechanik hilft auf die Beine; in Zeitschrift Swiss Engineering, Mai 2015

Medienberichte

Auf einen Blick

Beteiligte Institute und Zentren:

Projektpartner:

Finanzierung: Kommission für Technologie und Innovation (KTI)

Projektstatus: beendet