Zurücklehnen und entspannt vorwärtskommen

Was haben ein Rollstuhl und ein Einkaufswagen gemeinsam? Bei beiden sind die kleinen Vorderr?der frei beweglich, damit das Gef?hrt m?glichst agil ist. Die frei drehbaren R?der haben aber eine Kehrseite: Ist beispielsweise ein Weg seitlich geneigt, l?sst es sich schwer geradeaus fahren. Wer einmal einen vollen Einkaufswagen einem Trottoir entlang stiess, weiss, wie m¨¹hsam das ist: Der Wagen zieht seitlich weg, und man muss dauernd mit Kraft gegensteuern.

Genau so ergeht es Menschen, die mit einem Handrollstuhl unterwegs sind: Sie m¨¹ssen auf einem Trottoir laufend die Richtung korrigieren, um geradeaus fahren zu k?nnen und nicht auf der Strasse zu enden. W?hrend die eine Hand das Gef?hrt beschleunigt, muss die andere Hand bremsen und gegensteuern. Das ist nicht nur anstrengend, sondern belastet auch die Gelenke.

R¨¹ckenlehne als Steuerrad

Das muss nicht sein, dachten sich Reto Togni und Stefan Villiger, beide wissenschaftliche Mitarbeiter im Labor f¨¹r Bewegungsbiomechanik der ETH Z¨¹rich. Sie entwickelten einen Rollstuhl mit einer beweglichen R¨¹ckenlehne. Diese ist direkt mit den Vorderr?dern verbunden und steuert so das ganze Gef?hrt. Das geschieht alles rein mechanisch: Lehnt sich der oder die Nutzer:in nach rechts, f?hrt der Rollstuhl nach rechts, bei einer Neigung nach links f?hrt er nach links. ?Das spart viel Energie und macht Bremsen auf Trottoirs und in Kurven unn?tig?, sagt Togni.

Mit weniger Energie schneller

Wieviel weniger Kraft das Steuern per R¨¹ckenlehne braucht, zeigen die Tests in der Tiefgarage auf dem 365ÌåÓýÖ±²¥_365ÌåÓýͶע-¾º²ÂÍøͶ H?nggerberg, die Togni im Rahmen seiner Doktorarbeit an der ETH Z¨¹rich durchf¨¹hrte. Dazu fuhren 29 Proband:innen sechsmal hintereinander einen Parcours: eine Gerade mit einer seitlichen Neigung von f¨¹nf Grad, 180-Grad-Kurven und eine Slalomstrecke. Die Testpersonen fuhren zuerst mit einem herk?mmlichen Rollstuhl, dann mit dem Prototyp mit der beweglichen R¨¹ckenlehne. Bei beiden Modellen zeichneten Sensoren in den grossen Antriebsr?dern auf, wieviel Kraft die Proband:innen beim Steuern und Fahren brauchen.

?Bereits beim ersten Durchgang war klar, dass die Steuerung per R¨¹ckenlehne die Testpersonen viel weniger Kraft braucht?, sagt Togni. Mitentwickler Villiger fuhr selbst mit und best?tigt: ?In der geneigten Gerade musste ich mit dem Prototypen nicht einmal mit der Hand korrigieren. Und auch in der Kurve war das Vorw?rtskommen viel m¨¹heloser. Beim herk?mmlichen Rollstuhl war ich immer am Bremsen und gleichzeitig am Angeben.? Das zeigen auch die Auswertungen (siehe Grafik).

Obwohl die Proband:innen f¨¹rs Vorankommen mit lehnengesteuerten Rollst¨¹hlen weniger Energie aufwenden mussten, waren sie schneller unterwegs als Probanden in herk?mmlichen Rollst¨¹hlen. Dies erstaunte selbst die Forschenden: ?Normalerweise braucht man ja mehr Energie, je schneller man sich fortbewegt?, sagt Togni.

Entlastung f¨¹r Gelenke

Die Steuerung per R¨¹ckenlehne reduziert nicht nur den Kraftaufwand, sondern schont auch Schultern, Arme und H?nde von Rollstuhlfahrer:innen, die ¨¹ber die Jahre oft Schulterprobleme entwickeln.

Es gebe, so die beiden Forschenden, aber weitere gesundheitliche Vorteile: Die sanften Rumpfbewegungen, die es zum Steuern braucht, d¨¹rften die Durchblutung anregen und k?nnen gegen R¨¹ckenschmerzen und Verdauungsbeschwerden helfen. Zudem entlastet die Gewichtsverlagerung das Ges?ss und k?nnte helfen, Druckstellen vorzubeugen.

Ein anderer Vorteil ist, dass man einh?ndig fahren und die zweite Hand frei hat, um Gegenst?nde von einem Ort zum anderen zu transportieren - ob Schirm, Handy oder einen Kaffee.

Die neuartige Steuerung hat aber auch einen Nachteil: Das Drehen am Ort und das Bewegen auf kleinem Raum ist nicht so einfach wie mit einem herk?mmlichen Rollstuhl. Deshalb hat der Prototyp an der Seite einen Hebel, der die Steuerung ¨¹ber die Lehne ein- und ausschaltet. Der Rollstuhl l?sst sich dann wie gewohnt ¨¹ber die grossen Antriebsr?der lenken.

Von Skateboard inspiriert

Auf die Idee f¨¹r die Lehnenlenkung kam Togni 2017 w?hrend seines Masterstudiums in Innovation Design Engineering. ?Ich sprach mit einigen Menschen mit Behinderungen ¨¹ber ihre Hilfsmittel und h?rte den Wunsch nach besser funktionierenden, analogen Ger?ten?, sagt Togni. Eine Frau habe beispielsweise erw?hnt, wie sch?n es w?re, wenn sie als Rollstuhlfahrerin zur¨¹cklehnen und die Fahrt geniessen k?nnte. Jemand anderer habe erz?hlt, wie frustrierend es sei, von einem Skateboarder ¨¹berholt zu werden. ?Die Steuerung durch Gewichtsverlagerung m¨¹sste auch bei einem Rollstuhl m?glich sein?, dachte sich Togni und begann zu t¨¹fteln.

Seinen ersten Prototyp baute er 2017 w?hrend seines Masterstudiums in London. W?hrend seines anschliessenden Doktorats im Labor f¨¹r Bewegungsbiomechanik an der ETH Z¨¹rich entwickelte Togni seine Technologie weiter und legte in Laborstudien dar, wie sich seine Lenkung aus biomechanischer Sicht verh?lt und f¨¹r wen sie geeignet ist.

Stefan Villiger studierte an der ETH Z¨¹rich Maschinenbau. Vom Rollstuhl-Projekt erfuhr er bei einer internen Pr?sentation. ?Ich war fasziniert von der einfachen und doch sehr eleganten L?sung?, sagt Villiger. F¨¹r seine Masterarbeit meldete er sich bei Togni. Zusammen haben sie inzwischen mehrere Prototypen entwickelt.

Unterst¨¹tzt durch ein ETH Pioneer Fellowship haben die beiden ETH-Mitarbeiter nun Zeit, ihre Technologie zu optimieren und auf den Markt zu bringen. Dazu werden sie demn?chst das Start-up Versive gr¨¹nden.

Warum erst jetzt?

Bis jetzt haben mehr als 50 Rollstuhlfahrer:innen die Steuerung per R¨¹ckenlehne getestet, und viele sind davon ¨¹berzeugt. ?Das ist die gr?sste Verbesserung f¨¹r Rollstuhlfahrer seit der Erfindung des Rades, meldete eine der Testpersonen zur¨¹ck?, sagt Togni. Die Paraplegikerin Ursula Memmishofer, externe Seite in diesem Video vor ein paar Jahren als Probandin zu sehen, ist seit einen halben Jahr mit einem Versive-Rollstuhl unterwegs¨C und m?chte ihn nicht mehr hergeben.

Egal ob Auto, Schiff oder Gokart: Fast jedes Fortbewegungsmittel hat ein Steuerrad, betont Togni. ?Wenn man den Rollstuhl auch als Fortbewegungsmittel denkt, dann ist es logisch, dass auch der Rollstuhl eines hat.?

Warum ist vor den beiden noch niemand auf die Idee gekommen, die R¨¹ckenlehne zum Steuern zu nutzen? ?Das fragen wir uns auch?, sagt Togni. Dass die Rollst¨¹hle sich kaum weiterentwickeln, sei wohl darauf zur¨¹ckzuf¨¹hren, dass sich der Rollstuhl zu wenig von seinem urspr¨¹nglichen Zweck gel?st habe, mutmasst Togni. ?Der Rollstuhl dient seit jeher dem Heim- und Pflegepersonal als Transportger?t f¨¹r kranke und behinderte Menschen und wurde bisher zu wenig aus Nutzer:innen-Sicht betrachtet.?

Einfache Idee, schwierige Implementierung

Die Lenktechnologie ist weit fortgeschritten und funktioniert ¨C und das Patent gesichert. Die Herausforderung ist nun, ganze Rollst¨¹hle herzustellen und zu vertreiben.

Das liegt weniger an den Bestandteilen, denn bei diesen handle es sich ?um einfache, g¨¹nstige Teile, die man zum Beispiel auch f¨¹r Velos braucht?. Die Herausforderung ist die Anpassung an einzelne Nutzende. ?Wenn die IV einen Rollstuhl finanzieren soll, muss man sicherstellen, dass er sich dem oder der Nutzenden hochgradig individuell anpassen l?sst?, erg?nzt Togni: ?Ein Mittelklasse-Rollstuhl l?sst sich auf Hunderttausende verschiedene Arten zusammenstellen. Deshalb ist allein der Ersatzteilkatalog eines Rollstuhlherstellers ¨¹ber 100 Seiten dick.? Und Villiger f¨¹gt an: ?Wir m¨¹ssen herausfinden, wie wir die Anpassung der Rollst¨¹hle m?glichst effizient und dennoch ?usserst individuell machen k?nnen.?

Bevor sie ihr Produkt auf den Markt bringen k?nnen, m¨¹ssen sie mit Versicherungen wie der IV oder Suva grundlegende Fragen kl?ren. ?Zurzeit k?nnen wir nur Rollst¨¹hle f¨¹r Selbstzahler herstellen?, sagt Togni.

Die beiden ETH-Mitarbeitenden hatten sich auch ¨¹berlegt, ihre R¨¹ckenlehne-Technologie als Zubeh?r f¨¹r andere Hersteller anzubieten. Doch das ist zu kompliziert. ?F¨¹r die Einf¨¹hrung eines neuen Zubeh?rteils braucht es f¨¹r jeden einzelnen Rollstuhlhersteller eine eigene Kompatibilit?tsbescheinigung?, sagt Togni.

?Verkauft es als Spielzeug?

Bis Mitte 2027 m?chten Togni und Villiger mit ihren Rollst¨¹hlen auf dem Schweizer Markt sein und von den Versicherungen anerkannt sein.

Zurzeit sind sie daran, sich Geld zu beschaffen, um ihre Technologie auf den Markt zu bringen. In einem n?chsten Schritt m?chten sie ihr Team vergr?ssern. L?ngerfristig sucht das Start-up Zugang zu Kliniken und eine Person, die die Rollst¨¹hle individuell an die Nutzenden anpassen kann und die sich mit Regulatorien, Tests und R¨¹ckerstatten auskennt.

Von der Skepsis, die den beiden aus der Branche entgegenschwappt, lassen sie sich nicht entmutigen. Togni: ?Wir haben Zahlen, die belegen, dass unsere L?sung um ein Vielfaches effizienter ist. Und wir haben genug Testpersonen, die sagen, dass sie die Steuerung per R¨¹ckenlehne bevorzugen.?

Ein Proband riet ihnen gar: ?Falls die IV nicht zahlt, verkauft es einfach als Spielzeug. Euer Gef?hrt macht definitiv Spass.?

Reto Togni und Stefan Villiger geben anl?sslich des ETH Industry Day @ Open-i am 21. November 2024 im Z¨¹rcher Kongresshaus am Stand von ETH Entrepreneurship Einblick in ihre Forschung.