Project March geeft impuls aan ontwikkeling exoskeletten

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 Cybathlon 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 Cybathlon, de eerste bionische wereldspelen. Tijdens deze spelen racen mensen met een handicap tegen elkaar waarbij ze worden bijgestaan door actieve technologie. De Cybathlon 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 Cybathlon 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 Cybathlon 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 het op maat gemaakte 3D-geprinte handvat van de rechter kruk is 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” 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.”

Van CAD naar platform

Naast startlijndeadline is er nog een andere uitdaging waar Project March – en eigenlijk alle teams van de Dream Hal mee te kampen hebben: mensen. Mensen die allemaal een andere taal spreken, letterlijk en qua vakgebied. En mensen die – ook al is een grote groep fulltimer – elk jaar bij nul beginnen. Het deed Project March er toe besluiten om van SollidWorks over te stappen naar Catia v6 – een onderdeel van het 3Dexperience platform van Dassault Systèmes. Want hoewel het handig was dat heel veel studenten vanuit hun bachelor goed met SolidWorks overweg konden, woog dit niet op tegen de voordelen van realtime en eenduidig kunnen samenwerken. Waar ze voorheen met versiebeheer te maken hadden en het risico liepen dat een team – Project March kent Team HMI, Team Software & Control, Team Electrical, Team Frame, Team Joint, en Team Nontechnical – met verouderde data werkte, heeft met Catia iedereen automatisch de laatste stand van zaken voor ogen. Hierdoor kon voor March II bijvoorbeeld de bekabeling integraal worden meegenomen, wat tot veel kosten- en ruimtebesparing heeft geleid. Ook werd er nu rol gebaseerd gewerkt. De chief engineer kon alles aanpassen, maar andere teamleden alleen hun eigen ontwerpen.

Tegenvaller

Drie weken voor Cybathlon 2016 sloeg het noodlot toe. March I viel uit haar safetyrail en raakte dusdanig beschadigd dat er niet mee getraind kon worden. Gevolg: Project March trok zich terug en piloot Claudia Bosch-Commijs verscheen niet aan de cybathlonstart. Waarom zij niet de piloot van March II werd? Een winnende piloot moet heel veel vlieguren maken. En dat vliegen doet ze in 2017 voor haar inmiddels tweejarige zoontje Niek.

 Cybathlon

ETH Cybathlon rehearsal at the Swiss Arena in Kloten, Switzerland, July 14th 2015. (ETH/Alessandro Della Bella)

De eerste Cybathlon – de wereldspelen voor mensen met een (fysieke) beperking en actieve technologie – vond plaats in 2016 en werd georganiseerd door EHT Zurich. In totaal deden 56 teams uit 25 landen mee met 66 piloten in de categorieën Brain Computer Interface, Functional Electrical Stimulation Bike, Powered Arm Prothesis, Powered Leg Prothesis, Powered Exoskeleton en Powered Wheelchair.
In het onderdeel Powered Exoskeleton, waar ook Project March aan deelneemt, moet de piloot zes hindernissen in een zo’n kort mogelijke tijd afleggen. Deze bestaan uit het opstaan uit een stoel, het afleggen van een slalom, het tegen een helling oplopen – vervolgens openen van een deur – en de helling weer aflopen, het lopen over stepping stones, het lopen op een scheve (in meerdere richtingen) ondergrond en het beklimmen van een trap.
De volgende Cybathlon is in 2020. Van 4 tot en met 7 oktober is er nog wel de Cybathlon Experience. Deze vindt plaats tijdens de REHACARE in Düsseldorf. Hier wordt op ‘slechts’ vier ondergronden geracet. http://www.cybathlon.ethz.ch/ 

D:DREAMERS

De Dream Hal barst uit zijn voegen en zal binnen een jaar verhuizen naar een groter pand en bovendien ‘FabLab-achtige services’ voor het bedrijfsleven bieden. Althans dat verzekert Dream hall Manager Frans van der Meijden ons onder het genot van een kopje soep. Ongeloofwaardig is de uitspraak allerminst. Op Stevinweg 4 is het inderdaad volle bak en prestaties van de teams die er gebruik van maken liegen er niet om. Zo is er een raceteam DUD17 dat elk jaar in 2 seconden van 0 tot 100 rijdt met een nieuwe elektrische racewagen. Er zijn de raketbouwers van team DARE die met een eigen Stratasos raket de ruimte (+100 km) in willen en de robotteams Robot Interact en het Zebro Project die graag zouden meeliften. Meest geroemde dromers zijn echter Team Nuna. Eenmaal geraakt door de ambitie van wijlen Wubbo Ockels wonnen zij met hun zonnevoertuig solarrace na solarrace. Ook Project March verricht haar werkzaamheden in het gebouw waar dromen werkelijkheid worden. Blijkbaar werkt technische én ideologische kruisbestuiving. Die plannen van Van der Meijden? Helemaal zo gek nog niet.

Meet pilot 2017

Twaalf jaar geleden reed Ruben de Sain achter een vrachtwagen die stenen en zand verloor. De ontwijkende actie die volgde redde zijn leven, maar resulteerde ook in een dwarslaesie. Tien jaar na zijn ongeluk startte De Sain een revalidatietraject in de Sint Maartenskliniek – een belangrijke partner van Project March. Na tien weken trainen liep hij met een exoskelet, dat hij helaas ook weer moest inleveren. Dit deed hem besluiten een crowdfundproject te starten om een ‘Rewalk exoskelet’ te kunnen laten overvliegen uit Amerika: kosten 85.000 euro. Hij is hiermee een van de weinige, zo niet enige Nederlander die meermaals per week een wandeling met zijn eigen exoskelet maakt. Graag zou hij dit anders zien. Naast het kunnen inbrengen van verbeterpunten, is het toegankelijk maken van exoskeletten voor lotgenoten voor De Sain een belangrijke drijfveer om de beste piloot van 2017 te worden. Overigens is De Sain geen ‘stilzitter’. Naast wandelen houdt hij van skiën en rondvaren op een jetski.

Dwarslaesie

Een dwarslaesie is een onderbreking van de zenuwbanen die in het ruggenmerg lopen. Het gevolg is verlamming van benen (paraplegie) en bij hogere letsels (tetra- of quadriplegie) ook van de armen of zelfs van de ademhalingsspieren. Een dwarslaesie zal over het algemeen niet genezen.
Als er sprake is van een breuk in de wervels dan worden deze operatief vastgezet. Daarna moet een korset, halskraag of een speciaal vest gedragen worden zodat de breuk goed kan genezen. Tijdens dit stadium is een hoofddoel om decubitus (doorligplekken) te voorkomen en behandelen.
Zodra de breuk is genezen, kan revalidatie aanvangen. Zodra de patiënt goed zit, wordt er gewerkt aan spierkracht in de ledematen die nog goed functioneren en het soepel houden van de verlamde ledematen. Zodra er voldoende spierkracht is opgebouwd, gaat men verder met activiteiten zoals wassen en aankleden. Ook wordt er in dit stadium rolstoelvaardigheden (transfers en voortbewegen) aangeleerd, waarbij een belangrijk doel het weer thuis wonen is.
Tijdens de gehele revalidatie wordt stilgestaan bij de psychologische processen die het hebben van een dwarslaesie met zich meebrengt. Ook is het belangrijk dat iemand met een dwarslaesie veel beweegt. Dit om overgewicht te voorkomen en rug- en andere zitklachten te voorkomen.

Succes verzekerd?

Tijdens de presentatie van het MARCH II ontwerp heeft Project March ook staatssecretaris volksgezondheid Martin van Rijn op het podium gekregen. Uiteraard draagt hij Project March en exoskeletten een warm hart toe. Op de vraag of ze ook door verzekeraars vergoed zouden moeten worden, pleit hij voor een snelle acceptatie van medische technologie in het algemeen. “De technologische ontwikkelingen gaan momenteel zo snel, dat de data science achterblijft. In het geval van het exoskelet betekent dit bijvoorbeeld dat er te weinig onderzoeksresultaten zijn om opname in het basispakket te verantwoorden”, stelt hij. “Maar Zorginstituut NL kijkt momenteel of het mogelijk is om gegevens uit verschillende landen te combineren om sneller tot uitsluitsel te komen. Een betere kwaliteit van leven is uiteraard belangrijk. Maar deze komt het best tot uiting in het maximaliseren van eigen regie.” In analogie: een onlangs aangenomen VN-resolutie die verplicht stelt om in openbare ruimten rekening te houden met beperkingen is vooruitgang. Maar uiteindelijk is iedereen liever zijn eigen piloot, ook al betekent dit vliegen over onontgonnen terrein.

Liam van Koert

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *