LEHRE_WISSEN

Armbewegungen +++ Gehmaschinen +++ Armschwingen +++ Robotik +++ Drehimpuls

Ein biomechanisches Modell

Vom Schwingen der Arme

Markus Rammerstorfer

Abb. 1_Modell einer Gehmaschine mit frei schwingenden ›Armen‹, angetrieben durch ein leichtes Gefälle

Auf einen Blick

Warum bewegt der Mensch seine Arme, wenn er geht? Der Zweck dieser Bewegung, die nicht rein passiv entsteht, sondern auch den Einsatz von Muskeln bedingt, liegt keineswegs auf der Hand. Immerhin kann der Mensch auch ohne Armeinsatz gut gehen. Den Nutzen zusätzlicher Armbewegungen erklärt Ihnen der Autor anhand des folgenden Modells.


Über den Sinn und Zweck

Einige naheliegende Ideen zum Grund des Armschwingens beim Gehen laufen auf die Stabilisierung des Ganges hinaus, eine Optimierung des Schwerpunktes oder die Vermeidung unkontrollierter Armbewegungen. Es wurde sogar vorgeschlagen, dass das Schwingen der Arme keinen besonderen Zweck erfülle, sondern schlicht ein Relikt der Evolutionsgeschichte darstelle. Demnach wäre es eine Erinnerung an eine ferne Vergangenheit, in der sich die Vorfahren des Menschen auf allen Vieren fortbewegten. Solche Hypothesen stehen jedoch in Konflikt zur Praxis der biologischen Forschung, die traditionell erfolgreich nach Funktionen und Sinn fragt, ergo eine teleologische Denkweise (siehe Glossar) anwendet (1).

Von Menschen und Maschinen

Dieser Denkweise folgend haben sich auch Steve Collins und Kollegen (2) dem ›Rätsel der schwingenden Arme‹ angenommen. Sie haben sich ihm aus der Perspektive eines Ingenieurs genähert, der versucht, gehfähige Maschinen zu konstruieren.

Versuchsanordnung
Collins et al. benutzen sogenannte ›passiv-dynamische-Gehmaschinen‹, um Ideen über die menschliche Fortbewegung zu testen. Ein Operateur startet die Maschine durch Herstellung der nötigen Ausgangsbedingungen. Der Roboter schreitet dann auf einer Rampe mit leichtem Gefälle, so dass die notwendige Energie zugeführt wird, während der Gang sich aus der natürlichen Interaktion von Beinen und Schwerkraft ergibt.
Die ersten Versionen dieser Maschinen wiesen allerdings erhebliche Probleme mit der Stabilität auf und tendierten dazu sich zu drehen und zu stürzen. Erst als frei schwingende ›Arme‹ hinzugefügt wurden, die dem Drehimpuls entgegenwirkten, ergab sich ein eleganter Gang, der dem des Menschen ähnlich war (Abb. 1).
Das wiederum inspirierte ein Experiment, das dem Zweck und der Mechanik des ›Armschwingens‹ auf den Grund gehen sollte. Dazu wurde eine Gruppe von Menschen untersucht, die ihre Arme entweder normal (normal) schwingen, an der Seite halten (held) sollten, deren Arme an die Seite gebunden wurden (bound) und deren Arme kon- ...


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