Robotbeen laat mensen opnieuw normaal stappen

Artikel

Bestaande beenprothesen zijn nog ver verwijderd van gezonde benen. Een robotbeen ontwikkeld aan de VUB komt een stap dichter door efficiënt energie toe te voegen, met motoren en veren.

 

Upslope
De ontwikkelde actieve prothese laat mensen na een amputatie natuurlijker en veiliger een helling op stappen.

De meest courante huidige prothesen zijn passieve prothesen: ze voegen geen energie toe zoals onze benen met behulp van onze spieren. Deze energie hebben we nodig om ons lichaam voort te bewegen bij het stappen maar ook naar boven te duwen bij het opgaan van een trap. Bij gebrek aan deze energie moet de rest van het lichaam dit compenseren. Dit is te vergelijken met stappen met een gesloten skilaars, waarbij de enkel niet kan bewegen. Dit zorgt voor asymmetrie bij het stappen, wat dan weer een hele resem nieuwe problemen veroorzaakt, van rugpijnen tot problemen met de heup en het gezonde been. Hoe hoger de amputatie, hoe groter de impact op de rest van het lichaam. Bij een amputatie door het bovenbeen ontbreken namelijk 2 belangrijke gewrichten: de knie en de enkel. Dit zorgt ervoor dat veel mensen zelfs niet aan een prothese toe komen en voor de rest van hun leven afhankelijk zullen zijn van een rolstoel.

Quote Joost Geeroms2

Bionische prothese

Onderzoekers van het BruBotics onderzoekscentrum aan de Vrije Universiteit Brussel hebben een nieuwe prothese ontwikkeld die motoren gebruikt om dit energietekort op te lossen. De motoren worden verbonden met de artificiële gewrichten en zetten de elektrische energie uit batterijen om in de energie die we nodig hebben om een natuurlijk gedrag te verkrijgen. Het probleem hierbij is dat er in onze enkel een heel grote kracht ontwikkeld wordt bij het stappen, te vergelijken met wat onze schouder zou moeten doen om 2 volle bakken bier op een armlengte afstand omhoog te houden.

Streamer Joost Geeroms

Hiervoor is een grote en zware motor nodig, wat de prothese onmogelijk te gebruiken maakt. In de ontwikkelde prothese wordt energie opgeslagen in veren en gerecycleerd, zodat de motoren kleiner kunnen gehouden worden en minder energie verbruiken. Hierdoor kan de prothese hetzelfde doen als onze benen, terwijl het gewicht van motoren en batterijen binnen de perken blijft. Dit maakt het niet alleen mogelijk om het menselijke been te imiteren tijdens het stappen, maar ook om te assisteren bij andere taken. Deze zogenaamde “bionische” prothese kan helpen om het lichaam naar boven te duwen bij het opstaan uit de zetel of het opklimmen van een trap. Omgekeerd kan deze je ook meer ondersteuning geven bij het afdalen van de trap, zodat dit op een veilige manier kan gebeuren.

OLYMPISCHE SPELEN VOOR CYBORGS

Met de ontwikkelde prothese werd deelgenomen aan de Cybathlon: een soort paralympische spelen voor “cyborgs”. Hierin namen mensen met een beperking die geholpen worden door robotische assistieve technologie het tegen elkaar op in verschillende disciplines. Dit ging van mensen met een verlamming, die met behulp van een zogenaamd “exoskelet” terug konden stappen, tot mensen met een robotische armprothese en dus ook mensen met een beenprothese. Voor elke discipline was er een hindernissenparcours, bestaande uit alledaagse obstakels als een hellend platform, trappen en een nauwe doorgang. Hierbij was het uiteraard de bedoeling om zo snel mogelijk aan de overkant te raken, maar meer nog was de intentie om aan te tonen wat een opgave alledaagse obstakels vormen voor deze mensen. Met de deelname werd aangetoond dat de ontwikkelde technologie gewone mensen in staat stelt om verschillende van deze obstakels te overwinnen, maar het werd ook duidelijk dat er nog veel ruimte voor verbetering is voor aan alle bestaande prothesen.

Quote Joost Geeroms

DENK JEZELF VOORUIT

Naast hetzelfde gedrag kunnen produceren als een gezond been, moet de prothese dit ook op het juiste ogenblik en op de juiste manier kunnen doen. De aansturing van robotische assistieve toestellen is iets waar nog steeds veel onderzoek naar gedaan wordt en nog veel meer onderzoek naar nodig is. De prothese moet kunnen weten wanneer je wil stappen en wat er precies moet gedaan worden binnen 1 stap, maar ook wanneer je voor een trap staat en naar boven wilt gaan. Nu moet de gebruiker dit nog zelf op 1 of andere manier aangeven en de prothese in de juiste stand zetten. Prothesen direct aangestuurd door de hersenen die aanvoelen als een eigen lichaamsdeel en niet te onderscheiden zijn van gezonde lichaamsdelen blijven voorlopig helaas enkel te zien in “Star Wars” of “I, Robot”.

 


Joost Geeroms

©Kevin Faingnaert

 

Artikel door Joost Geeromsdoctor in de ingenieurswetenschappen, VUB.