21/09/2017
Door Liam van Koert
Hoewel er zo nu en dan echt wel een exoskelet opstaat dat mensen uit de rolstoel belooft te helpen, is het aanbod zeer beperkt. Niet raar, wanneer je je bedenkt dat het maken van intelligente robotbenen ingewikkeld, duur en bovendien maatwerk is. Een Cybathlon die vorig jaar in Zwitserland plaatsvond moet de technologie een nieuwe impuls geven. Daarom werkt een team van 31 studenten en één piloot hard aan twee stevige stappers. Niet alleen krijgt MARCH II volledig nieuwe gewrichten, ook kan het nieuwe exoskelet met speciale loopkrukken worden bestuurd.
We zitten in de Dream Hall van de TU Delft dat enkele zeer opmerkelijke projecten huisvest. Allemaal worden ze gerund door gemotiveerde studententeams en bijna allemaal doen ze mee aan wereldwijde competities met strakke startlijndeadlines. Een van die teams is het relatief jonge Project MARCH, dat vorig jaar voor het eerst aan de Cybathon in Zwitserland wilde meedoen, maar door materiaalpech niet kon starten. Dit jaar zijn alle pijlen gericht op de REHACARE 2017 in Düsseldorf en ze zijn niet van plan het startshot aan zich voorbij te laten gaan.
Bionische wereldspelen
“Het begon eigenlijk allemaal met een trailer die 3 alumni van de TU Delft zagen”, legt Marise de Baar, de pr-verantwoordelijke van Project March het ontstaan van een maatschappelijk relevant én technisch uitdagend project toe. “Het filmpje dat hen triggerde ging over de Cybathon, de eerste bionische wereldspelen. Tijdens deze spelen racen mensen met een handicap tegen elkaar waarbij ze worden bijgestaan door actieve technologie. De Cybathon bestaat uit zes disciplines, waarvan één onderdeel het racen met exoskeletten is. Hierbij zijn diverse obstakels nagemaakt die je ook in het dagelijkse leven tegenkomt. De drager en bestuurder van het exoskelet - onze piloot is Ruben de Sain - moet zo snel mogelijk een parcours met dergelijke obstakels afleggen. Hoewel de echte Cybathon net als bij andere wereldspelen om de 4 jaar plaatsvindt, zijn er elk jaar wel evenementen waar kan worden getest en vergeleken. Dit jaar is dat begin oktober tijdens een internationale rehabilitatiebeurs in Duitsland.”
Op ooghoogte
Hoewel er tijdens de Cybathon ook aandacht is voor elektrische rolstoelen en andere hulpmiddelen met een motor, koos het team toch voor het ontwikkelen van een actief exoskelet. De voordelen die een exoskelet in potentie biedt, zijn namelijk niet te onderschatten. De Baar: “De wereld is vooral gemaakt voor lopende mensen. Trappen, stoepranden, deuren en andere ‘obstakels’, je komt ze zo vaak tegen in de dagelijkse omgeving dat je er eigenlijk nauwelijks bij stil staat. Een dagje in een rolstoel zou je een heel ander perspectief geven. Want hoewel er bij het ontwerpen van de publieke ruimte meer rekening met rolstoelen gehouden wordt, is een bezoekje aan de bioscoop of bibliotheek, een ritje met de bus, of zelfs het oversteken van de straat als rolstoelgebruiker een hele onderneming.” Minstens zo belangrijk is volgens De Baar het op ooghoogte komen met je medemens. “Er wordt letterlijk op rolstoelgebruikers neergekeken. Zij op hun beurt kijken vooral tegen billen aan, in plaats van dat ze mensen in de ogen kunnen aankijken. Dat heeft een niet te bagatelliseren psychisch effect dat een exoskelet kan oplossen.” Als laatste overweging is er volgens De Baar het fysieke gezondheidsvoordeel. “Bewegen is gezond. Nog meer zelfs voor mensen met een dwarslaesie. Door te bewegen blijft de bloedcirculatie op gang en worden tal van bijbehorende problemen voorkomen.”
Ultiem robotpak
Eigenlijk is een exoskelet een soort robot die je aantrekt. Het bestaat uit een sterk lichtgewicht frame dat is voorzien van slimme motoren vol sensoren en snelle regelingen. Gezamenlijk laten ze de menselijke benen synchroon precies de juiste bewegingen uitvoeren die bij een bepaalde activiteit horen. Het ultieme skelet doet dit voor elke stap met precies de juiste stapgrootte en snelheid, zonder dat de gebruiker erover hoeft na te denken. Bovendien betekent ultiem dat dit zeer evenwichtig gebeurt dat de gebruiker zich nooit zal bezeren of ten val zal komen.
Eerlijk is eerlijk, in een ongestructureerde omgeving is een dergelijke mate van controle nogal wat gevraagd. En dan hebben we het nog niet eens over wat dit ‘besturen zonder erover te hoeven nadenken’ voor de interface betekent. Overigens komt tijdens de Cybathlon ook dit aspect aan bod. Bij het onderdeel Brain Computer Interface Race besturen deelnemers een avatar met hun gedachten. Grootste uitdaging daar? Aan niets denken. Dan loopt je avatar het hardst.
March II stappen
Ondanks de beperkingen zijn met MARCH II wel degelijk stappen richting het ultieme exoskelet gezet. Het is inderdaad een robot die je vanuit een zittende houding aantrekt en zelf bestuurt. De gebruiker is dan ook geen patiënt, maar een piloot. En dat besturen? Dat doet de piloot in de laatste versie met knopjes die in de helemaal op maat gemaakte 3D-geprinte handvatten van de krukken zijn verwerkt. Hiermee geeft hij het exoskelet commando’s als ‘walk’ en ‘stand’, maar ook ‘sit’ en ‘stairs’. De krukken zijn bovendien voorzien van een display, zodat altijd te zien is in welke modus het exoskelet zich bevindt. De Baar: “De nieuwe interface is echt een verbetering. De vormgeving, inclusief de positie van de bedieningsknoppen is echt helemaal naar de hand van Ruben gevormd. Bovendien biedt de besturing extra mogelijkheden ten opzichte van March I en zijn eigen Rewalk exoskelet. Zo kan hij nu in de ‘walk’-mode de loopsnelheid aanpassen en in de ‘steppingstone’ mode de stapgrootte aanpassen.” Een tweede innovatie die De Baar naar voren brengt is het gewricht. “Het gewricht, waar de motor, overbrengingen en sensoren zich bevinden is helemaal opnieuw bedacht en is nu volledig geïntegreerd. Uitdaging was om voldoende koppel te kunnen leveren - wat bijvoorbeeld nodig is om uit een stoel op te staan - en alles toch compact te houden. Door harmonic drives met een grote overbrengverhouding toe te passen, zijn we daar goed in geslaagd. En door met hoeksensoren de rotatie van de gewrichten precies te meten, kunnen we ook het stappenpatroon nauwkeurig berekenen en uitvoeren.”
Leren vliegen
Ook op andere fronten is voor de details van March II goed naar lijf en leden van de piloot gekeken. Zo zorgt een beter accuontwerp weliswaar voor meer vermogen uit een lager gewicht - in totaal is het exoskelet ruim een half uur actief op één accu, wat ruim voldoende is voor de beoogde 8 minuten op het parcours - toch is het geheel zwaarder dan Mach I. “Veiligheid gaat voor alles en Ruben is een sterke kerel van meer dan twee meter. Dan kies je toch voor een wat zwaarder frame”, legt De Baar uit. Ander maatwerkpuntje zijn de vorm van het skelet en de pads. Deze voorkomen huidbeschadigingen die door schuren kunnen optreden. Ruben voelt in zijn benen namelijk helemaal niets. Dat brengt ons meteen op een laatste punt waaraan momenteel gewerkt wordt: een feedbacksysteem dat de piloot terugkoppeling geeft over wanneer zijn voeten de grond raken. Want ook dat voelt hij niet en is in revalidatietrajecten normaliter een groot obstakel. “Maar”, zo besluit De Baar, “uiteindelijk zijn we een team. Uiteraard luisteren wij zo goed mogelijk naar Ruben. We testen en bestuderen hoe het beter en intuïtiever kan. Maar uiteindelijk komt het ook aan op het maken van voldoende vlieguren. Want alleen dan word je de beste piloot.”