Manche poltern, andere tapsen, wieder andere schleichen. Es gibt viele Arten zu gehen - aber eines ist allen Gangarten gemein: Man setzt stets Schritt vor Schritt. Nun gibt es schon länger Bemühungen, dem Gang des Menschen automatisch auf die Schliche zu kommen - mit speziellen Sensoren, sagt James Sabatier, Physiker an der University of Mississippi.
"Traditionell hat man immer versucht, Schritte mit seismischen Methoden zu detektieren - also mit Sensoren, die Erschütterungen im Fußboden messen. Wir haben das nun mit Hilfe des Schalls gemacht, der von den Schritten ausgeht. Wir nutzen Mikrofone statt Erschütterungssensoren im Fußboden."
Nehmen die Forscher also das Klackern hochhackiger Damenschuhe oder das Schlurfen von Pantoffeln mit dem Mikrofon auf, um es dann aus der übrigen Geräuschkulisse herauszufiltern? Nicht ganz, sagt Sabatiers Kollege Alexander Ekimov.
"Wir stellten ein Spezialmikrofon auf und ließen Probanden daran vorbeilaufen - zuerst in einem Gebäude, danach auch draußen. Dann werteten wir die Signale aus. Und die Ergebnisse waren unglaublich."
Das Überraschende: Jeder Schritt erzeugt ein deutliches Signal im Bereich um 25 Kilohertz. Das ist Ultraschall, also Schall jenseits unserer Hörgrenze. Nur: Wie kommt dieses unerwartete Signal zustande?
"Wenn jemand läuft, schwingt er sein Bein nach vorn und setzt den Fuß auf den Boden. Dabei kommt der Fuß nicht sofort zur Ruhe, sondern rutscht noch ein Stückchen über den Boden. Und genau dieses Rutschen erzeugt Ultraschall."
"Nun laufen die Menschen sehr unterschiedlich. Einige treten mit durchgestrecktem Knie auf, andere mit gebeugtem Knie. Manche laufen sogar auf den Zehen. Aber bei allen Gangarten muss der Fuß ja irgendwann abstoppen. Und dabei reibt er zwangsläufig über den Boden und erzeugt immer ein Ultraschall-Signal."
Bei ihren Versuchen haben Sabatier und Ekimov mehr als 100 Probanden Probelaufen lassen - mit unterschiedlichstem Schuhwerk und auf verschiedenstem Untergrund.
"Teppiche machen besonders viel Ultraschall; bei ihnen ist die Reibung besonders groß."
"Nur wenn Sie auf Eis laufen, ist die Reibung so gering, dass Ihre Schritte kaum Ultraschall erzeugen. Aber dafür rutschen Sie aus und fallen auf die Nase."
Spezielle Ultraschall-Mikrofone könnten Schritte bis zu einer Entfernung von gut 20 Metern aufschnappen, sagen die Forscher. Und die Signale sind so charakteristisch, dass sie selbst bei Lärm deutlich zu erkennen sind, etwa auf einer belebten Straße. Zwar ist der neue Sensor nicht in der Lage, wie per Fingerabdruck jemand Bestimmtes an seinem Schritt zu erkennen. Dafür hängt das Ultraschall-Signal zu sehr von der jeweiligen Bodenbeschaffenheit ab und auch vom Schuhwerk. Dennoch, meint Sabatier, könne die Methode ihren Nutzen haben.
"Wir sehen zwei Anwendungen: zum einen für die heimische Alarmanlage. Bislang kommen da Bewegungsmelder zum Einsatz. Doch die können fälschlich durch irgendwelche Vibrationen ausgelöst werden oder durch herumlaufende Haustiere. Unser Ultraschall-Sensor spricht dagegen nur auf Menschen an. Die zweite Anwendung dürfte für Überwachungssysteme mit vielen Kameras interessant sein. Da müssen Wachleute stundenlang Dutzende von Monitoren im Auge behalten. Unser Sensor könnte sie unterstützen und ihnen automatisch melden, wenn irgendwo jemand läuft, der da nichts zu suchen hat."
Auch die Medizin könnte profitieren, indem Orthopäden den Gang ihrer Patienten detailliert analysieren. Und vielleicht wird man im Sportgeschäft der Zukunft des Joggers Gangart mit Ultraschall vermessen.
"Traditionell hat man immer versucht, Schritte mit seismischen Methoden zu detektieren - also mit Sensoren, die Erschütterungen im Fußboden messen. Wir haben das nun mit Hilfe des Schalls gemacht, der von den Schritten ausgeht. Wir nutzen Mikrofone statt Erschütterungssensoren im Fußboden."
Nehmen die Forscher also das Klackern hochhackiger Damenschuhe oder das Schlurfen von Pantoffeln mit dem Mikrofon auf, um es dann aus der übrigen Geräuschkulisse herauszufiltern? Nicht ganz, sagt Sabatiers Kollege Alexander Ekimov.
"Wir stellten ein Spezialmikrofon auf und ließen Probanden daran vorbeilaufen - zuerst in einem Gebäude, danach auch draußen. Dann werteten wir die Signale aus. Und die Ergebnisse waren unglaublich."
Das Überraschende: Jeder Schritt erzeugt ein deutliches Signal im Bereich um 25 Kilohertz. Das ist Ultraschall, also Schall jenseits unserer Hörgrenze. Nur: Wie kommt dieses unerwartete Signal zustande?
"Wenn jemand läuft, schwingt er sein Bein nach vorn und setzt den Fuß auf den Boden. Dabei kommt der Fuß nicht sofort zur Ruhe, sondern rutscht noch ein Stückchen über den Boden. Und genau dieses Rutschen erzeugt Ultraschall."
"Nun laufen die Menschen sehr unterschiedlich. Einige treten mit durchgestrecktem Knie auf, andere mit gebeugtem Knie. Manche laufen sogar auf den Zehen. Aber bei allen Gangarten muss der Fuß ja irgendwann abstoppen. Und dabei reibt er zwangsläufig über den Boden und erzeugt immer ein Ultraschall-Signal."
Bei ihren Versuchen haben Sabatier und Ekimov mehr als 100 Probanden Probelaufen lassen - mit unterschiedlichstem Schuhwerk und auf verschiedenstem Untergrund.
"Teppiche machen besonders viel Ultraschall; bei ihnen ist die Reibung besonders groß."
"Nur wenn Sie auf Eis laufen, ist die Reibung so gering, dass Ihre Schritte kaum Ultraschall erzeugen. Aber dafür rutschen Sie aus und fallen auf die Nase."
Spezielle Ultraschall-Mikrofone könnten Schritte bis zu einer Entfernung von gut 20 Metern aufschnappen, sagen die Forscher. Und die Signale sind so charakteristisch, dass sie selbst bei Lärm deutlich zu erkennen sind, etwa auf einer belebten Straße. Zwar ist der neue Sensor nicht in der Lage, wie per Fingerabdruck jemand Bestimmtes an seinem Schritt zu erkennen. Dafür hängt das Ultraschall-Signal zu sehr von der jeweiligen Bodenbeschaffenheit ab und auch vom Schuhwerk. Dennoch, meint Sabatier, könne die Methode ihren Nutzen haben.
"Wir sehen zwei Anwendungen: zum einen für die heimische Alarmanlage. Bislang kommen da Bewegungsmelder zum Einsatz. Doch die können fälschlich durch irgendwelche Vibrationen ausgelöst werden oder durch herumlaufende Haustiere. Unser Ultraschall-Sensor spricht dagegen nur auf Menschen an. Die zweite Anwendung dürfte für Überwachungssysteme mit vielen Kameras interessant sein. Da müssen Wachleute stundenlang Dutzende von Monitoren im Auge behalten. Unser Sensor könnte sie unterstützen und ihnen automatisch melden, wenn irgendwo jemand läuft, der da nichts zu suchen hat."
Auch die Medizin könnte profitieren, indem Orthopäden den Gang ihrer Patienten detailliert analysieren. Und vielleicht wird man im Sportgeschäft der Zukunft des Joggers Gangart mit Ultraschall vermessen.