Mit einer körperlichen Behinderung zu leben, ist nirgends auf der Welt einfach, aber wenn man in einem Land wie den Vereinigten Saaten lebt, erleichtern einem gewisse Hilfsmittel das Leben. In Gebäuden kann man den Aufzug nehmen, an Überwegen gibt es abgesenkte Bordsteine; und für große Distanzen, die man nicht von selbst zurücklegen kann, gibt es behindertengerechte Fahrzeuge; wer sich diese nicht leisten kann, nimmt behindertengerechte öffentliche Verkehrsmittel.
Living with a physical disability isn't easy anywhere in the world, but if you live in a country like the United States, there's certain appurtenances available to you that do make life easier. So if you're in a building, you can take an elevator. If you're crossing the street, you have sidewalk cutouts. And if you have to travel some distance farther than you can do under your own power, there's accessible vehicles, and if you can't afford one of those, there's accessible public transportation.
In den Entwicklungsländern aber stehen die Dinge anders. Dort gibt es 40 Millionen Menschen, die einen Rollstuhl benötigen, aber keinen besitzen; und die Mehrheit davon lebt auf dem Land, wo Gemeinde, Arbeit und Bildung nur erreichbar sind, wenn man aus eigener Kraft lange Strecken auf unebenem Gelände zurücklegt. Die verfügbaren Hilfsmittel sind dafür nicht gemacht, gehen schnell kaputt und sind schwer zu reparieren.
But in the developing world, things are quite different. There's 40 million people who need a wheelchair but don't have one, and the majority of these people live in rural areas, where the only connections to community, to employment, to education, are by traveling long distances on rough terrain often under their own power. And the devices usually available to these people are not made for that context, break down quickly, and are hard to repair.
2005 beschäftigte ich mich erstmals mit Rollstühlen in Entwicklungsländern, als ich im Sommer den Stand der Technik in Tansania untersuchte. Ich sprach mit Rollstuhlfahrern, -herstellern, Behindertengruppen, und es zeichnete sich ab, dass es kein Hilfsmittel für ländliche Gebiete gab, mit dem man sich schnell und effizient auf diesem Terrain fortbewegen konnte. Als Maschinenbauingenieur am MIT mit jeder Menge Ressourcen beschloss ich, etwas zu unternehmen.
I started looking at wheelchairs in developing countries in 2005, when I spent the summer assessing the state of technology in Tanzania, and I talked to wheelchair users, wheelchair manufacturers, disability groups, and what stood out to me is that there wasn't a device available that was designed for rural areas, that could go fast and efficiently on many types of terrain. So being a mechanical engineer, being at MIT and having lots of resources available to me, I thought I'd try to do something about it.
Wenn es darum geht, lange Strecken auf unwegsamem Gelände zurückzulegen, denke ich als erstes an Mountainbikes, denn Mountainbikes sind mit ihrer Gangschaltung dafür wie geschaffen. Wenn man den Hügel rauf, durch Matsch oder Sand fahren muss, kann man in einen niedrigen Gang wechseln, mit großem Drehmoment, aber geringer Geschwindigkeit. Will man schneller fahren, beispielsweise auf Asphalt, kann man in einen hohen Gang schalten mit einem kleineren Drehmoment, aber höherer Geschwindigkeit. Die logische Konsequenz ist, einen Rollstuhl mit Mountainbike-Teilen zu bauen, was bereits viele Leute getan haben. Diese zwei in den Staaten verfügbaren Produkte kann man nicht so leicht in Entwicklungsländer verschiffen, weil sie viel zu teuer sind. Man braucht dort ein Produkt, das weniger als 200$ (150€) kostet. Außerdem muss man mit dem Idealprodukt fünf Kilometer pro Tag zurücklegen können, um zur Arbeit oder zur Schule zu kommen, auf unterschiedlichem Gelände. Wenn man aber zu Hause oder in der Arbeit ankommt, muss es auch klein und wendig sein, um sich drinnen fortbewegen zu können. Außerdem muss es, um lange am Land zu halten, mit dem dort verfügbaren Werkzeugen, Materialien und Kenntnissen zu reparieren sein. Der Knackpunkt ist also: Wie entwickelt man ein einfaches Hilfsmittel, das gleichzeitig einen großen mechanischen Vorteil bietet? Wie macht man ein Mountainbike für die Arme, das nicht so teuer und kompliziert wie ein Mountainbike ist?
Now when you're talking about trying to travel long distances on rough terrain, I immediately thought of a mountain bike, and a mountain bike's good at doing this because it has a gear train, and you can shift to a low gear if you have to climb a hill or go through mud or sand and you get a lot of torque but a low speed. And if you want to go faster, say on pavement, you can shift to a high gear, and you get less torque, but higher speeds. So the logical evolution here is to just make a wheelchair with mountain bike components, which many people have done. But these are two products available in the U.S. that would be difficult to transfer into developing countries because they're much, much too expensive. And the context I'm talking about is where you need to have a product that is less than 200 dollars. And this ideal product would also be able to go about five kilometers a day so you could get to your job, get to school, and do it on many, many different types of terrain. But when you get home or want to go indoors at your work, it's got to be small enough and maneuverable enough to use inside. And furthermore, if you want it to last a long time out in rural areas, it has to be repairable using the local tools, materials and knowledge in those contexts. So the real crux of the problem here is, how do you make a system that's a simple device but gives you a large mechanical advantage? How do you make a mountain bike for your arms that doesn't have the mountain bike cost and complexity?
Wie das mit einfachen Lösungen manchmal ist, war die Antwort direkt vor unserer Nase: Hebel. Hebel werden überall genutzt, in Werkzeugen, Türknäufen oder Fahrradteilen. Und diese Inspiration, dieser Schlüsselmoment, kam, als ich vor meinem Skizzenbuch saß und mir jemanden vorstellte, der nach einem Hebel griff. Wenn man den Hebel am Ende greift, erhält man faktisch einen langen Hebel, mit hohem Drehmoment, wenn man ihn vor- und zurückbewegt, und nutzt im Grunde einen niedrigen Gang. Wenn man den Hebel weiter unten greift, bewegt man einen effektiv kürzeren Hebel, jedoch über einen größeren Winkel, woraus sich eine größere Drehgeschwindigkeit und ein höherer Gang ergibt. Das Tolle an diesem System ist, dass es mechanisch gesehen wirklich einfach ist, und man es mit jahrhundertealter Technik herstellen kann. Nach ein paar Jahren der Entwicklung geht nun der "Leveraged Freedom Chair" (LFC), der Hebelrollstuhl für mehr Freiheit, in Produktion. Das ist ein Vollzeit-Rollstuhlfahrer – er ist gelähmt – in Guatemala, und Sie sehen, dass er kompliziertes Terrain überqueren kann. Nochmals, die wesentliche Innovation ist, dass er, wenn er schnell fahren möchte, den Hebel nahe der Achse greift und einen großen Winkel durchläuft, und wenns schwieriger wird, rutscht er mit den Händen an den Hebeln nach oben, erzeugt ein größeres Drehmoment und kämpft sich so mit "Bankdrücken" durch das schwierige Terrain.
So as is the case with simple solutions, oftentimes the answer is right in front of your face, and for us it was levers. We use levers all the time, in tools, doorknobs, bicycle parts. And that moment of inspiration, that key invention moment, was when I was sitting in front of my design notebook and I started thinking about somebody grabbing a lever, and if they grab near the end of the lever, they can get an effectively long lever and produce a lot of torque as they push back and forth, and effectively get a low gear. And as they slide their hand down the lever, they can push with a smaller effective lever length, but push through a bigger angle every stroke, which makes a faster rotational speed, and gives you an effective high gear. So what's exciting about this system is that it's really, really mechanically simple, and you could make it using technology that's been around for hundreds of years. So seeing this in practice, this is the Leveraged Freedom Chair that, after a few years of development, we're now going into production with, and this is a full-time wheelchair user -- he's paralyzed -- in Guatemala, and you see he's able to traverse pretty rough terrain. Again, the key innovation of this technology is that when he wants to go fast, he just grabs the levers near the pivots and goes through a big angle every stroke, and as the going gets tougher, he just slides his hands up the levers, creates more torque, and kind of bench-presses his way out of trouble through the rough terrain.
Der entscheidende Punkt ist hier, dass der Fahrer die komplexe Maschine in diesem System ist. Es ist der Fahrer, der seine Hände an den Hebeln auf- und abbewegt. Der Mechanismus kann also sehr einfach gehalten werden und aus Fahrradteilen gebaut werden, die man überall auf der Welt bekommt. Und weil diese Fahrradteile so universell erhältlich sind, sind sie supergünstig. China und Indien stellen sie in Unmengen her und wir können sie weltweit beziehen. Der Rollstuhl kann überall gebaut und vor allem repariert werden, sogar vom Fahrradmechaniker in einem abgelegenen Dorf, mit den dort verfügbaren Werkzeugen, Kenntnissen und Ersatzteilen. Möchte man den LFC drinnen verwenden, muss man nur die Hebel aus dem Antrieb herausziehen, sie im Rahmen verstauen, und es ist ein normaler Rollstuhl, den man wie jeden anderen verwenden kann. Wir haben ihn auch wie einen normalen Rollstuhl dimensioniert: er ist schmal genug, um durch eine normale Tür zu passen; er ist niedrig genug, um unter einen Tisch zu passen; und er ist klein und wendig genug, um in ein Badezimmer zu passen; das ist wichtig, damit der Benutzer zur Toilette kommt, und sie benutzen kann, genau wie mit einem normalen Rollstuhl.
Now the big, important point here is that the person is the complex machine in this system. It's the person that's sliding his hands up and down the levers, so the mechanism itself can be very simple and composed of bicycle parts you can get anywhere in the world. Because those bicycle parts are so ubiquitously available, they're super-cheap. They're made by the gazillions in China and India, and we can source them anywhere in the world, build the chair anywhere, and most importantly repair it, even out in a village with a local bicycle mechanic who has local tools, knowledge and parts available. Now, when you want to use the LFC indoors, all you have to do is pull the levers out of the drivetrain, stow them in the frame, and it converts into a normal wheelchair that you can use just like any other normal wheelchair, and we sized it like a normal wheelchair, so it's narrow enough to fit through a standard doorway, it's low enough to fit under a table, and it's small and maneuverable enough to fit in a bathroom and this is important so the user can get up close to a toilet, and be able to transfer off just like he could in a normal wheelchair.
Ich möchte drei Punkte hervorheben, mit denen wir voll ins Schwarze getroffen haben. Erstens, dieses Produkt funktioniert, weil wir präzise Ingenieurwissenschaft erfolgreich mit benutzerorientiertem Design kombiniert haben und die sozialen, praktischen und ökonomischen Faktoren beachtet haben, die für Rollstuhlfahrer in Entwicklungsländern wichtig sind. Als Wissenschaftler des MIT und Maschinenbauingenieur kann ich mir so das Gelände anschauen, das durchquert werden soll, und herausfinden, wie viel Widerstand es leistet. Ich kann mir die verfügbaren Teile ansehen und sie kombinieren, um herauszufinden, welche Art von Gangschaltungen wir verwenden können, und dann die Kraft messen, die man mit dem Oberkörper aufbringen kann, um zu untersuchen, wie schnell man in diesen Stühlen sein kann, wenn man seine Hände an den Hebeln auf und ab bewegt.
Now, there's three important points that I want to stress that I think really hit home in this project. The first is that this product works well because we were effectively able to combine rigorous engineering science and analysis with user-centered design focused on the social and usage and economic factors important to wheelchair users in the developing countries. So I'm an academic at MIT, and I'm a mechanical engineer, so I can do things like look at the type of terrain you want to travel on, and figure out how much resistance it should impose, look at the parts we have available and mix and match them to figure out what sort of gear trains we can use, and then look at the power and force you can get out of your upper body to analyze how fast you should be able to go in this chair as you put your arms up and down the levers.
Als ein Student, der noch grün hinter den Ohren und aufgeregt war, stellte unser Team einen Prototyp her, brachte ihn 2008 nach Tansania, Kenia und Vietnam, und stellte fest, dass er schrecklich war, weil wir zu wenige Informationen von Nutzern hatten. Da wir Tests mit Rollstuhlfahrern und Herstellern durchführten, bekamen wir dieses Feedback von ihnen, nicht nur bezüglich der Probleme, sondern auch mit Lösungsvorschlägen. Zusammen gingen wir zurück zum Reißbrett und arbeiteten an einem neuen Design, das wir 2009 zurück nach Ostafrika brachten, und das auf unebenem Terrain wesentlich besser funktionierte, aber drinnen immer noch nicht, weil er zu groß war, schwer und kaum zu manövrieren. Mit dem Feedback gingen wir abermals zurück zum Reißbrett, entwarfen ein besseres Design, 9 Kilo leichter, so schmal wie ein normaler Rollstuhl, führten mit ihm einen Feldtest in Guatemala durch, und das hat das Produkt so weit vorangetrieben, dass es jetzt in die Produktion geht.
So as a wet-behind-the-ears student, excited, our team made a prototype, brought that prototype to Tanzania, Kenya and Vietnam in 2008, and found it was terrible because we didn't get enough input from users. So because we tested it with wheelchair users, with wheelchair manufacturers, we got that feedback from them, not just articulating their problems, but articulating their solutions, and worked together to go back to the drawing board and make a new design, which we brought back to East Africa in '09 that worked a lot better than a normal wheelchair on rough terrain, but it still didn't work well indoors because it was too big, it was heavy, it was hard to move around, so again with that user feedback, we went back to the drawing board, came up with a better design, 20 pounds lighter, as narrow as a regular wheelchair, tested that in a field trial in Guatemala, and that advanced the product to the point where we have now that it's going into production.
Als Ingenieurwissenschaftler konnten wir die Leistungsvorteile des LFC quantitativ bestimmen. Hier sind einige Bilder von unserem Versuch in Guatemala, wo wir den LFC auf dörflichem Gelände testeten und die biomechanische Leistung der Leute maßen, ihren Sauerstoffkonsum, wie schnell sie fuhren, wie viel Kraft sie aufwanden, im normalen Rollstuhl sowie im LFC. Wir fanden heraus, dass der LFC um 80 % schneller auf diesem Gelände ist als normale Rollstühle. Er ist auch ca. 40 % effizienter als ein normaler Rollstuhl, und aufgrund des mechanischen Vorteils, der von den Hebeln ausgeht, kann man ein um bis zu 50 % höheres Drehmoment erzeugen und sich durch sehr rauhes Terrain kämpfen.
Now also being engineering scientists, we were able to quantify the performance benefits of the Leveraged Freedom Chair, so here are some shots of our trial in Guatemala where we tested the LFC on village terrain, and tested people's biomechanical outputs, their oxygen consumption, how fast they go, how much power they're putting out, both in their regular wheelchairs and using the LFC, and we found that the LFC is about 80 percent faster going on these terrains than a normal wheelchair. It's also about 40 percent more efficient than a regular wheelchair, and because of the mechanical advantage you get from the levers, you can produce 50 percent higher torque and really muscle your way through the really, really rough terrain.
Zweitens, die Einschränkungen haben bei diesem Design wirklich innovative Entwicklungen gefördert, weil wir den Preis so weit senken mussten, weil wir ein Gerät entwickeln mussten, das auf vielen verschiedenen Geländearten, aber auch drinnen, genutzt werden konnte und einfach genug zu reparieren war, kam ein grundsätzlich neues Produkt heraus, ein neues Produkt, das eine Innovation auf einem Gebiet darstellt, das sich in den letzten hundert Jahren nicht verändert hat. Das alles sind Leistungen, die nicht nur den Entwicklungsländern nützen. Warum nicht auch den USA? Wir begannen mit Continuum zu arbeiten, einer in Boston ansässigen Produktdesignfirma, um eine High-End-Variante, eine Variante für die entwickelte Welt, zu produzieren, die wir wahrscheinlich hauptsächlich in den USA und Europa vertreiben werden, jedoch an besserverdienende Käufer.
Now the second lesson that we learned in this is that the constraints on this design really push the innovation, because we had to hit such a low price point, because we had to make a device that could travel on many, many types of terrain but still be usable indoors, and be simple enough to repair, we ended up with a fundamentally new product, a new product that is an innovation in a space that really hasn't changed in a hundred years. And these are all merits that are not just good in the developing world. Why not in countries like the U.S. too? So we teamed up with Continuum, a local product design firm here in Boston to make the high-end version, the developed world version, that we'll probably sell primarily in the U.S. and Europe, but to higher-income buyers.
Letztlich denke ich, dass dieses Projekt gut funktioniert hat, weil wir alle Interessengruppen einbezogen haben, die berücksichtigt werden müssen, wenn man die Technologie von der ursprünglichen Idee zu Innovation, Bewertung, Vermarktung und Verbreitung führt; und dieser Prozess beginnt und endet bei den Endnutzern. Das sind die Leute, die die Anforderungen an die Technik definieren. Das sind die Leute, die am Ende ihr OK geben müssen und sagen müssen: "Ja, es funktioniert. Es entspricht unseren Bedürfnissen." Menschen wie ich, aus dem wissenschaftlichen Bereich, können Neuerungen einführen, analysieren und testen, Daten erstellen und Prototypen entwickeln, aber wie bringt man diese Prototypen zur Vermarktung? Wir brauchen also Lückenfüller wie Continuum, die an der Vermarktung arbeiten; wir gründeten eine NGO, um unseren Stuhl auf den Markt zu bringen – Global Research Innovation Technology – wir arbeiteten auch mit einem großen Hersteller in Indien zusammen, Pinnacle Industries, der nun eingerichtet ist, um 500 Rollstühle im Monat zu produzieren, und nächsten Monat die ersten 200 anfertigen wird, die in Indien angeboten werden. Um unser Produkt in größerem Maßstab zu verbreiten, verbündeten wir uns mit der größten Behindertenorganisation weltweit, Jaipur Foot.
And the final point I want to make is that I think this project worked well because we engaged all the stakeholders that buy into this project and are important to consider in bringing the technology from inception of an idea through innovation, validation, commercialization and dissemination, and that cycle has to start and end with end users. These are the people that define the requirements of the technology, and these are the people that have to give the thumbs-up at the end, and say, "Yeah, it actually works. It meets our needs." So people like me in the academic space, we can do things like innovate and analyze and test, create data and make bench-level prototypes, but how do you get that bench-level prototype to commercialization? So we need gap-fillers like Continuum that can work on commercializing, and we started a whole NGO to bring our chair to market -- Global Research Innovation Technology -- and then we also teamed up with a big manufacturer in India, Pinnacle Industries, that's tooled up now to make 500 chairs a month and will make the first batch of 200 next month, which will be delivered in India. And then finally, to get this out to the people in scale, we teamed up with the largest disability organization in the world, Jaipur Foot.
Wirklich mächtig an diesem Modell ist, wenn man alle Interessenvertreter zusammenbringt, die die einzelnen Glieder der Kette repräsentieren, von der Entstehung einer Idee bis hin zur Anwendung in der Praxis, liegt darin der wahre Zauber. Man nimmt jemanden wie mich, einen Wissenschaftler, analysiert und testet und entwickelt eine neue Technologie, und bestimmt die quantitative Leistungssteigerung. Man kann mit Interessengruppen wie Herstellern Kontakt aufnehmen, persönlich mit ihnen reden und das vorhandene Wissen zu Herstellungsprozessen und das ihrer Kunden nutzen, und dieses Wissen mit unseren Ingenieurskenntnissen verbinden, um etwas zu erschaffen, das kein Einzelner erreicht hätte. Dann kann man auch den Endnutzer mit in den Designprozess einbeziehen, nicht nur nach seinen Bedürfnissen fragen, sondern danach, wie man das seiner Meinung nach erreichen kann.
Now what's powerful about this model is when you bring together all these stakeholders that represent each link in the chain from inception of an idea all the way to implementation in the field, that's where the magic happens. That's where you can take a guy like me, an academic, but analyze and test and create a new technology and quantitatively determine how much better the performance is. You can connect with stakeholders like the manufacturers and talk with them face-to-face and leverage their local knowledge of manufacturing practices and their clients and combine that knowledge with our engineering knowledge to create something greater than either of us could have done alone. And then you can also engage the end user in the design process, and not just ask him what he needs, but ask him how he thinks it can be achieved.
Dieses Bild wurde in Indien gemacht bei unserem letzten Feldversuch, als wir eine Annahmerate von 90 % hatten, die von ihrem herkömmlichen Rollstuhl auf LFC umstiegen. Dieses Bild zeigt Ashok, Ashok hatte sich die Wirbelsäule verletzt, als er vom Baum fiel. Er hatte bei einem Schneider gearbeitet, aber nachdem er sich verletzt hatte, konnte er den Kilometer von seinem Haus zum Laden nicht in seinem normalen Rollstuhl zurücklegen. Die Straße war zu uneben. An dem Tag jedoch, an dem er den LFC bekam, setzte er sich hinein, legte diesen Kilometer zurück, öffnete den Laden und zog bald danach einen Vertrag für Schuluniformen an Land, verdiente Geld und konnte seine Familie wieder versorgen. Ashok: "Sie haben mich ermutigt, arbeiten zu gehen. Ich ruhte mich einen Tag lang zu Hause aus. Am nächsten Tag ging ich in meinen Laden. Jetzt ist wieder alles beim Alten." Amos Winter: "Vielen Dank für Ihre Einladung."
And this picture was taken in India in our last field trial, where we had a 90-percent adoption rate where people switched to using our Leveraged Freedom Chair over their normal wheelchair, and this picture specifically is of Ashok, and Ashok had a spinal injury when he fell out of a tree, and he had been working at a tailor, but once he was injured he wasn't able to transport himself from his house over a kilometer to his shop in his normal wheelchair. The road was too rough. But the day after he got an LFC, he hopped in it, rode that kilometer, opened up his shop and soon after landed a contract to make school uniforms and started making money, started providing for his family again. Ashok: You also encouraged me to work. I rested for a day at home. The next day I went to my shop. Now everything is back to normal. Amos Winter: And thank you very much for having me today.