Robot kunstbenen

Wandelen met klassieke prothesen kunnen we vergelijken met het lopen met gesloten skilaarzen: het gaat trager, kost meer energie en veroorzaakt een asymmetrisch gangpatroon. Met robottechnologie trachten onderzoekers kunstbenen te maken met functionaliteiten die het biologisch been benaderen. Het probleem hierbij is dat het enkelgewricht heel wat draaikracht en vermogen levert. Willen we dat met een klassieke elektrische motor bereiken dan weegt die verschillende kilo’s en is die veel te groot. Innovatieve oplossingen zijn te vinden door goed te begrijpen hoe de mens zo energie-efficiënt beweegt. Onze spieren en pezen zijn elastisch als veren en kunnen energie opslaan en vrijgeven. Door ook veren in de prothese te brengen, komen we al een stuk dichterbij.

Zo maakt MIT prof Hugh Herr, die tijdens zijn jeugd bij het bergbeklimmen beide voeten verloor door bevriezing tijdens een sneeuwstorm, zijn eigen prothesen met dit principe. Op de Vrije Universiteit Brussel zijn we in de roboticaonderzoeksgroep nog een stap verder gegaan. De motor moet die energie maar heel kortstondig leveren bij het afzetten van de voet. In plaats van een zware motor met hoog vermogen gedurende slechts een kleine tijd te gebruiken, slaat een veel kleinere motor tijdens bijna heel de stapperiode energie op in een tweede veer, die losgelaten wordt bij het opheffen van de hiel. Dan gaat plots al de energie naar de enkel om krachtig af te zetten. We kunnen het vergelijken met een pijl en boog. Een pijl ver gooien lukt niet zo goed, in plaats daarvan slaan we geleidelijk energie op in de boog door hem op te spannen. Bij loslaten komt al die energie plots vrij.

Met sensoren en sturing door een microcontroller kan de prothese zich aanpassen aan verschillende gangpatronen.

Ons eerste prototype, de AMPFoot, hebben we getest en we gaan nu trachten deze te verbeteren en op de markt te bren-gen. De AMPFoot kan de mobiliteit van geamputeerden sterk verbeteren. Ook werken we aan oplossingen voor mensen met een amputatie boven de knie. Vaak worden de knie en enkel onafhankelijk beschouwd, terwijl onze benen bi-articulaire spieren hebben. Dit zijn spieren die over twee gewrichten gaan. In het Cyberlegs EU-project wordt een prothese ontwikkeld die energie tussen de knie en de enkel uitwisselt, om niet alleen de functie van het biologisch been zo goed mo-gelijk na te bootsen, maar die dit ook op een energie-efficiënte manier probeert te doen. Zo kunnen we robottechnologie aanwenden om de levenskwaliteit te verbeteren.

 

 

Bram Vanderborght denkt dat robots binnenkort even alomtegenwoordig zullen zijn als computers. De verouderende bevolking en stijgende noden in de zorgsector zijn maatschappelijke uitdagingen. Hiervoor ontwikkelt hij als professor op de Vrije Universiteit Brussel een nieuwe generatie robots. Prothesen en exoskeletons helpen mensen met grote stappen. Daarnaast bedenkt hij sociale robots met emoties en gebaren die worden ingezet als therapie-assistent bij autistische kinderen. Een veilige en intuïtieve samenwerking tussen mens en robot staat hierbij centraal.