Mechanisches Bein mit Torinstinkt: Studierende entwickeln den „Biomech Striker“

Ein Kniegelenk aus Holz, ein Fuß aus dem 3D-Drucker und ein klarer Auftrag: Beim Projekt „Biomech Striker“ entwickelten Studierende aus dem Bereich Maschinenbau, Biomechanik und Produktentwicklung einen mechanischen Schussapparat, der die Bewegungsabläufe eines menschlichen Beins nachbildet und einen Miniatur-Fußball präzise durch definierte Öffnungen einer Torwand befördert.

Was beim Fußballspiel selbstverständlich wirkt, ist aus technischer Sicht eine anspruchsvolle Bewegungsaufgabe: Das Zusammenspiel von Gelenken, Kraftübertragung und Präzision entscheidet darüber, ob ein Schuss sein Ziel erreicht. Genau dieser Aufgabe stellten sich die Studierenden im Projekt „Biomech Striker“. Ihre Herausforderung bestand darin, einen Mechanismus zu entwickeln, der einen Ball gezielt in definierte Öffnungen einer Torwand schießt und sich dabei am menschlichen Bein vom Knie abwärts orientiert.

Es ging dabei nicht um die Entwicklung einer möglichst komplexen Maschine, sondern um eine durchdachte technische Lösung. Jede Projektgruppe konstruierte einen eigenen Mechanismus mit Kniegelenk, Unterschenkel und Fuß. Der Antrieb erfolgte ausschließlich mechanisch, beispielsweise über Federn, Gummielemente, Gewichtskraft oder Kurbelmechanismen. Elektronische Unterstützung war nicht vorgesehen.

„Die besondere Herausforderung lag darin, biologische Bewegungsabläufe in eine technische Konstruktion zu übertragen. Die Studierenden müssen verstehen, wie Kräfte wirken, wie Bewegungen geführt werden und wie aus einer Idee ein funktionierender Mechanismus entsteht“, sagt Professor Dr. Andreas Baum, der das Projekt betreute. Auch die ebenfalls betreuende Professorin Dr. Canan Tasdemir sieht den besonderen Wert der Aufgabe in der Verbindung verschiedener ingenieurwissenschaftlicher Disziplinen: „Die Studierenden arbeiten nicht nur an einer Konstruktion, sondern durchlaufen einen vollständigen Entwicklungsprozess. Von der Anforderungsanalyse über die Konzeptfindung bis zur Umsetzung und Erprobung wenden sie Methoden an, die später auch in industriellen Entwicklungsprojekten eine zentrale Rolle spielen.“

Grundlage der Projektarbeit war die systematische Produktentwicklung nach VDI 2221. Die Teams analysierten zunächst die Anforderungen, entwickelten unterschiedliche Lösungsansätze und bewerteten diese hinsichtlich Funktion, Kosten, Sicherheit und Umsetzbarkeit. Die Materialkosten waren auf maximal 30 Euro begrenzt. Gleichzeitig durften ausschließlich einfache Materialien und selbst entwickelte Bauteile verwendet werden. Vorgefertigte Baugruppen oder Konstruktionssysteme waren ausgeschlossen.

Für die Studierenden bedeutete das Projekt, technische Kreativität mit praktischer Umsetzung zu verbinden. „Am Anfang war die Vorstellung, ein menschliches Bein mechanisch nachzubauen, ziemlich abstrakt. Erst beim Konstruieren merkt man, wie viele Faktoren zusammenspielen: Von der Gelenkbewegung bis zur richtigen Kraftübertragung beim Schuss“, berichtet Biomechanik und Engineering-Student Joshua Fuchs.

Eine weitere Aufgabe bestand darin, Leistung und Einfachheit miteinander zu verbinden: Der Mechanismus sollte schnell auslösen, zuverlässig treffen und gleichzeitig kostengünstig sowie sicher aufgebaut sein. „Besonders spannend war für uns, dass wir keine fertige Lösung übernehmen konnten. Wir mussten selbst überlegen, testen und unsere Konstruktion Schritt für Schritt verbessern“, ergänzt eine Kommilitonin aus dem Studiengang Allgemeiner Maschinenbau. 

Neben der technischen Umsetzung standen auch Planung, Dokumentation und Teamarbeit im Mittelpunkt. Die Studierenden gestalteten den gesamten Projektablauf eigenverantwortlich, von der ersten Skizze über die Fertigung bis zur abschließenden Präsentation und Bewertung.

Der „Biomech Striker“ zeigt, wie aus einer ungewöhnlichen Aufgabenstellung ein praxisnahes Entwicklungsprojekt entsteht. Die mechanischen Torjäger machen sichtbar, wie Ingenieur*innen mit Kreativität, systematischer Vorgehensweise und technischem Verständnis Lösungen für komplexe Bewegungsaufgaben entwickeln.