Der aufrechte Gang des Menschen entstand vor etwa 6 Millionen Jahren. Er wird durch eine komplexe Interaktion von Körperaufbau und Gangkontrolle ermöglicht. Knochen, Muskeln, Sehen, zentralnervöse Befehle und Reflexmechanismen befähigen zu einer robusten und effizienten zweibeinigen Fortbewegung wie dem Gehen und Rennen. Neben diesen Arten der Fortbewegung sind dem Menschen auch komplexe Bewegungen wie Klettern, Tanzen oder Springen möglich. Die Identifikation der relevanten Grundprinzipien des Baus und der Kontrolle seines Bewegungsapparates kann bei der Konstruktion von zweibeinigen Robotern, Exoskeletten, Orthesen und Prothesen helfen. Krankheiten oder Unfälle können zum Verlust von Teilen der unteren Extremität oder deren Ansteuerung führen. Der älteste Bericht über ein künstliches Bein ist etwa 5000 Jahre alt und beschreibt den Verlust eines Beines von Königin Vishpla. Um auf das Schlachtfeld zurückzukehren, wurde sie mit einem eisernen Bein versorgt. Seit dieser Zeit haben Fortschritte den Aufbau, das Material und die Funktion prothetischer Versorgungen deutlich verbessert. Zunehmend werden biologische Wirkmechanismen durch technische Komponenten imitiert. Die Verwendung von Kohlefasern in Prothesenfüßen ermöglicht eine Unterstützung im Gang durch den elastischen Rückstoß vergleichbar einer Achillessehne. Dämpfer in Knieprothesen ermöglichen die Abbildung von exzentrischer Muskelarbeit im Gang. Kupplungsmechanismen werden zum Blockieren der Kniebeugung im Stand eingesetzt. Diese Funktion ist vergleichbar mit isometrischer Muskelarbeitsweise. Semi-aktive Kniegelenke erlauben eine Variation der Dämpfung und passen ihre Systemeigenschaften den Anforderungen an. Unter Zuhilfenahme der eingebauten Kraft- oder Inertialsensoren kann die Bewegungsabsicht identifiziert werden. So wird eine Anpassung der Dämpfung auf verschiedene Gehgeschwindigkeiten, auf Steigungen oder Treppen möglich. All diese Entwicklungen haben das Gangbild der Amputierten näher an das natürliche Gangbild herangeführt. Jedoch war keines der Systeme in der Lage konzentrische Muskelarbeit abzubilden. Die bereitgestellte positive Muskelarbeit wird benötigt, um Energieverluste bei der Fortbewegung auszugleichen. Zum Steigen von Treppen und Begehen von Steigungen muss nicht nur das Sprunggelenk, sondern auch das Kniegelenk positive Arbeit zum Anheben des Körperschwerpunktes verrichten. Zur Umsetzung der angestrebten Gelenkbewegung ist ein Antrieb nötig, welcher einen Energieeintrag ermöglicht und damit die konzentrische Funktionsweise von Muskelfasern nachbilden kann. Die Dissertation analysiert Gelenkanforderungen, evaluiert aktuelle prothetische Konzepte und entwickelt Modelle für künstliche Muskeln, um die Biomechanik der unteren Extremitäten beim Gehen und Rennen abzubilden. Die entwickelten Modelle sind biologisch inspiriert, wobei Motoren die Funktion von Muskelfasern und Federn die Funktion von Sehnen nachbilden. Die Systeme sind dabei nach Kriterien wie einer minimalen Motorleistung oder einem minimalen Energieverbrauch optimiert. Die Resultate zeigen, dass elastische Strukturen deutlich zur Reduzierung von Motoranforderungen beitragen können. Federn sind in der Lage, Energie in einer Phase des Gangzyklus aufzunehmen, um diese dann bei hohen Anforderungen wieder abzugeben. Ohne die elastische Unterstützung ist das Nachahmen des menschlichen Gelenkverhaltens mit aktueller Motorentechnologie nur eingeschrÃd’nkt möglich. Die im Model optimierte Interaktion von Motor und Feder wird mit einer angetriebenen Fußprothese (Walk-Run ankle, Springactive) beim Gehen und Rennen untersucht. Neben Experimenten mit einem Nichtamputierten, bei dem die Prothese parallel zu einem fixierten Sprunggelenk angebracht war (Bypass), wurden auch Studien mit einer einseitig Unterschenkelamputierten durchgeführt. Das optimierte Modellverhalten zeigt eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Ein Konzept zur Verbesserung eines optimierten Motorverhaltens wurde erfolgreich geprüft. Durch die Vereinfachung der Motortrajektorie auf grundlegende Verlaufsmerkmale (Filter) war es möglich die mechanische Energieabgabe und die Effizienz der Prothese zu steigern und den elektrischen Energieaufwand und die Geräuschemission zu reduzieren. Um das Verhalten der Prothese weiter zu verbessern sollten das Timing für den Fußabdruck und Gründe für die Geräuschemission analysiert werden. Eine Gewichtsreduktion und psychoakustische Analysen können helfen die Akzeptanz bei Amputierten zu erhöhen. Zusätzlich müssen Trainingseffekte bei der Nutzung von aktiven Prothesen untersucht werden. Um den Leistungsbedarf und den Energieverbrauch zusätzlich zu reduzieren ist eine Steigerung der Effizienz von aktiven Prothesen sinnvoll. Dies kann durch effizientere Komponenten und durch eine Optimierung des Interaktionsverhaltens zwischen Prothese und Prothesennutzer erreicht werden. Die Mensch - Maschine Interaktion ist von der bereitgestellten Mechanik und dem Ansteuerungskonzept abhängig. Vergleichbar mit zweigelenkigen Muskeln könnte eine Kopplung von gesunden zu künstlichen Gelenken zusätzliche Vorteile bringen. Bei Oberschenkelamputierten wäre solch eine Kopplung auch zwischen dem künstlichen Knie- und dem künstlichen Sprunggelenk möglich. Muskeln von existierenden proximalen Gelenken wären in der Lage, Energie zu den distalen Gelenken zu übertragen. Durch die geometrisch bedingte Verspannung könnte der Aufwand für die grundlegende Beinkontrolle beim Gang reduziert werden. Die Ergebnisse der Dissertation, zur effizienten Interaktion von Motoren und Federn, können zur Verbesserung vom Aufbau und der Ansteuerung angetriebener Prothesen beitragen. Vergleichbare Konzepte können aber auch zur Verbesserung von Exoskeletten eingesetzt werden. Diese könnten ältere Mitmenschen und Personen mit Mobilitätseinschränkungen bei der Fortbewegung unterstützen. Eine Verstärkung der menschlichen Physis für den Alltag oder das Arbeitsumfeld wäre denkbar. Neben der Unterstützung des Menschen könnten elastische Aktuatoren zudem das Gangverhalten, die Robustheit und die Laufzeit von zweibeinigen Robotern verbessern. Damit sind die Ergebnisse der Arbeit Powered Lower Limb Prostheses – Angetriebene Prothesen für die untere Extremität nicht nur auf das Anwendungsfeld der Prothetik limitiert sondern auch relevant für die Entwicklung von Exoskeletten und Robotern.