An einem von der ETH Zürich organisierten, weltweit erstmaligen Wettkampf gab es nur Sieger: Menschen mit Behinderung zeigten am Cybathlon, wie sie den Alltag dank modernen Assistenztechnologien besser meistern. Rund 4600 Zuschauerinnen und Zuschauer feuerten die Mannschaften kräftig an. Die Forscherinnen und Forscher erhielten neue Impulse zur Entwicklung noch besserer Hilfsmittel.

Gelungene Premiere: Robert Riener, Initiant des Cybathlon (l.), steht den Medien Rede und Antwort. (Bild: Alessandro Della Bella / ETH Zürich)

Eine Scheibe Brot abschneiden oder eine Glühbirne eindrehen: Gebannt verfolgte das Publikum auf den Rängen der ausverkauften Swiss Arena in Kloten, wie Menschen mit einer Armamputation diese alltäglichen Aufgaben meisterten – dank Hightech-Prothesen. Tosender Applaus begleitete jeden dieser Piloten, wenn er die Ziellinie des Cybathlon-Parcours überschritt. «Die Freude der Piloten und des Publikums war überwältigend», sagt Robert Riener, Initiant und Organisator des Anlasses im Oktober 2016.

Der Professor für sensomotorische Systeme an der ETH Zürich hätte nie gedacht, dass seine Idee für den Cybathlon eine solch grosse Begeisterung auslösen könnte und auf weltweites Interesse stossen würde. 150 Medienschaffende aus der ganzen Welt hatten sich akkreditiert, um über den Wettkampf der 66 Teams aus 25 Ländern zu berichten. Das Schweizer Fernsehen und 3Sat sendeten im Rahmen eines Thementags live wie von einer Sportveranstaltung. Somit war der Cybathlon auch in Deutschland und Österreich zu sehen. «Dabei ging es nicht um höher, weiter, schneller, sondern darum, den Alltag zu meistern», erklärt Robert Riener.

Der Wissenschaftler ist überzeugt, dass es für erfolgreiche Entwicklungen einen Dialog braucht: «Als Forscher muss man sich von Anfang an mit den Nutzern, den Menschen mit Behinderung, zusammensetzen und gemeinsam neue Lösungen suchen.» Der Cybathlon war der Auslöser, diese Erkenntnis in die Praxis umzusetzen. An verschiedenen Hochschulen begannen Studentengruppen vor zwei, drei Jahren zusammen mit Piloten neue Projekte zu entwickeln, um damit am Wettkampf in Kloten teilzunehmen. «Es ist beachtlich, was in dieser kurzen Zeit entstanden ist», urteilt der Fachmann.

Mit dem Rollstuhl Treppen steigen

So bauten Studierende der ETH Zürich und der Zürcher Hochschule der Künste einen motorisierten Rollstuhl, der dank innovativer Raupentechnik Treppen steigen kann – «ein Superdesign», lobt Robert Riener. Die Goldmedaille am Cybathlon schien dem Team fast sicher. Doch durch einen Bedienfehler des nervösen Piloten stieg das Gerät während des Rennens aus und es gewann die Konkurrenz von der Hochschule für Technik Rapperswil. Vom Publikum lautstark angefeuert, überholte ihr Pilot Florian Hauser die Teilnehmerin aus Hongkong auf den letzten Treppenstufen.

Aufrecht gehen trotz Querschnittlähmung: Philipp Wipfli bewegt sich im Exoskelett-Rennen Schritt für Schritt vorwärts auf Rang 5. Den motorisierten Stützapparat «VariLeg» entwickelte ein Team von Studierenden und Doktorierenden der ETH Zürich. Gesteuert wird der Prototyp über die Griffe der Krücken. (Bild: Nicola Pitaro / ETH Zürich)

Ein zweites Team von Studierenden und Doktoranden der ETH Zürich entwickelte für den Cybathlon ein so genanntes robotisches Exoskelett. Mit einem motorisierten Stützapparat sollen Rückenmarkverletzte wieder gehen können. Tatsächlich bewegten sich die vollständig gelähmten Piloten mit ihren Exoskeletten aufrecht durch den Parcours. Doch der Wettkampf zeigte auch, wie schwerfällig die heutigen Geräte sind und dass sie einen grossen physischen Einsatz des Piloten bedingen. «Die Technik ist noch nicht gut genug, um damit im Alltag besser zurecht zu kommen als mit einem Rollstuhl», sagt Robert Riener, der mit seiner Forschungsgruppe selbst an der Entwicklung eines Exoskeletts arbeitet und sich am Cybathlon zu neuen Ideen inspirieren liess. Bei den bestehenden Geräten geben die Piloten Kommandos, um je nach Position eine gespeicherte Bewegung abzurufen, die dann statisch, oft schwerfällig verläuft. «Auch bei Exoskeletten könnte man einen Teil der Laufbewegung ballistisch durchführen wie mit Knieprothesen, die nicht mit Hilfe eines Motors, sondern durch Schwungholen beschleunigen», erklärt der Wissenschaftler.

Funktionshose hilft beim Aufstehen

Seine Forschungsgruppe arbeitet an einem weichen Exoskelett, das in die Kleidung integriert wird. Es soll Patienten helfen, die teilweise gelähmt sind und noch über etwas eigene Kraft verfügen. «In unserem Szenario sitzt jemand im Rollstuhl mit einer Funktionshose, die etwas fülliger aussehen darf als eine Jeans», erklärt der Wissenschaftler. «Damit steht er ab und zu auf, beispielsweise im Supermarkt, um etwas aus einem oberen Regal zu holen, oder wenn es beim Bäcker ein paar Stufen zu überwinden gilt.» Dazu braucht es neue Materialien, die sich dem Körper einerseits flexibel anpassen, aber andererseits auch starr genug sind, dass sie auch Kräfte übertragen können. «Wir haben bereits Ideen, wie man Materialien schnell von weich auf steif umschalten kann», sagt der Forscher.

Wie das Prinzip funktionieren soll, zeigt ein Prototyp im ETH-Labor für sensomotorische Systeme. Nach einer Versuchsphase mit gesunden Probanden starteten im Januar 2017 erste Tests mit Patienten. Eine Spin-off-Firma der ETH Zürich soll in ein paar Jahren ein entsprechendes Produkt auf den Markt bringen. Ein Investor, der selbst an einer Muskelkrankheit leidet, unterstützt das Projekt finanziell.

Beim Publikum in der Swiss Arena löst das Engagement der Teilnehmenden eine Welle der Begeisterung aus.(Bild: Alessandro Della Bella / ETH Zürich)

Vorerst müssen Gelähmte mit den Roboter-Geräten Vorlieb nehmen, wie sie am Cybathlon präsentiert wurden. Sein Exoskelett wiege 34 Kilo, «aber es trägt mich und sich selbst», erklärte der US-Amerikaner Mark Daniel, der die Silbermedaille gewann. «Augenkontakt zu haben, schafft Vertrauen und macht einen riesigen Unterschied», meinte der 27-jährige, der nach einem Autounfall seit sechs Jahren querschnittgelähmt ist. Und Goldmedaillengewinner André van Rüschen ergänzte: «Wenn ich stehe, gehöre ich zur Gesellschaft dazu.» Während Daniel mit einem Prototypen lief, der erst sechs Wochen vor dem Wettkampf fertiggestellt wurde, bewegte sich van Rüschen mit einem Exoskelett, das bereits kommerziell erhältlich ist und in Kliniken zur Rehabilitation eingesetzt wird. Dem 44-jährigen Deutschen, der seit 2002 gelähmt ist, geht es auch gesundheitlich besser, seit er dank des Exoskeletts wieder regelmässig stehen und gehen kann: «Was man wieder bekommt, lässt sich nicht mit Geld bezahlen.»

Velofahren als Therapie für Gelähmte

Gelähmte Muskeln lassen sich auch durch elektrische Stimulation wieder bewegen. In einem Velorennen traten am Cybathlon Piloten an, denen Elektroden auf der Haut angebracht oder implantiert wurden. Es galt, in fünf Runden insgesamt 750 Meter zurückzulegen. «Dass die Piloten so lange fahren konnten, ist beachtlich», urteilt Robert Riener, der zwei externe Doktoranden an der Berner Fachhochschule betreut, die zum Team gehören, das mit ihrem Piloten Julien Jouffroy die Bronzemedaille gewann. Neue Elektrodenarten und eine neuartige Ansteuerung machen das regelmässige Treten unter effizienter Krafterzeugung möglich. Es braucht aber auch viel Training, damit die Muskeln nicht vorzeitig ermüden.

In weniger als drei Minuten legte der 59-jährige Mark Muhn vom Team Cleveland auf seinem Liegefahrrad den Rundkurs zurück. (Bild: Nicola Pitaro / ETH Zürich)

«Wir hatten zwölf Teams am Start, darunter die besten der Welt», erzählt der Organisator, der sich persönlich dafür einsetzte, dass die Pioniere im Bereich der implantierten Elektrostimulation mitmachten: Das amerikanische Team Cleveland war nach anfänglichem Zögern so begeistert von Rieners Idee, dass es für seine Piloten einen Ausscheidungswettkampf organisierte, der in den USA ein breites Medienecho fand. Kein Wunder, hatte in Kloten kein Gegner eine Chance, als der 59-jährige Mark Muhn auf seinem Liegefahrrad den Rundkurs in weniger als drei Minuten zurücklegte. Inzwischen bieten die amerikanischen Forschenden das Velofahren dank Elektrostimulation sogar als Therapie an. Denn die sportliche Aktivität baut Muskeln auf, erhält die Knochendichte, verbessert die Durchblutung und macht vor allem Spass.

Die Bilanz der Grossveranstaltung: «Aus der visionären Idee von ETH-Professor Robert Riener ist ein Anlass mit globaler Ausstrahlung entstanden, deren Fortsetzung wir planen», so der Präsident der ETH Zürich, Lino Guzzella. «Lösungen zu entwickeln, welche die Gesellschaft in Zukunft weiterbringen, dafür steht die ETH Zürich.»