#11 Nieuw exoskelet houdt zichzelf in balans

Delftse studenten bouwen een exoskelet dat zichzelf in balans kan houden. Dat betekent dat de bestuurder geen krukken meer nodig heeft om te bewegen. Een veelbelovende ontdekking die het leven van mensen met een dwarslaesie sterk kan verbeteren.

Een exoskelet is een gerobotiseerd harnas dat ervoor kan zorgen dat mensen met bijvoorbeeld een dwarslaesie weer kunnen staan en lopen. Zowel wetenschappelijke instituten als commerciële bedrijven doen al jaren onderzoek naar dit hulpmiddel. Het exoskelet is inmiddels al regelmatig onderdeel van revalidatietrajecten. “Maar er is nog zo veel meer mogelijk. Daar zetten wij ons voor in”, zegt Wendel Postma, Chief Engineer van studententeam Project MARCH. Voor mensen die hun onderlichaam om welke reden dan ook niet meer goed kunnen gebruiken, kan een exoskelet de kwaliteit van leven sterk verbeteren.

Studententeam Project MARCH is een groep studenten van de Technische Universiteit Delft. Het team verlegt ieder jaar de grenzen van de technologie. “Wij leggen de lat heel hoog. Dit jaar richten we ons helemaal op het balanceren van het exoskelet. Daar is in het verleden nog niet veel onderzoek naar gedaan, vooral omdat het technisch gezien een grote uitdaging is”, zegt Postma.

Beweging meten en voorspellen

Balans houden heeft te maken met zowel de mechanische ontwikkeling als de software van een exoskelet. “In het exoskelet en op de borst van de piloot zitten verschillende sensoren. Door middel van deze gegevens kan de software een goede balans bepalen”, legt Joy Brand, Chief Software & Data Analyst bij Project MARCH, uit.

Daarnaast maakt het team gebruik van voorspellende algoritmen om toekomstige bewegingen te bepalen. “De software stippelt op die manier een pad uit dat het meest gunstig is voor de balans. Ook de bewegingen van de piloot worden hierin meegenomen”, gaat ze verder. Dat klinkt simpel, maar dat is het allerminst. “We krijgen hulp van bijvoorbeeld PhD’ers die onderzoek doen naar tweevoetige robots. Maar het blijft een grote uitdaging”, vult Postma aan.

Verfijnde motoriek

Het team heeft ook mechanische verbeteringen van het exoskelet doorgevoerd om te zorgen voor balans. Postma: “We hebben de motoren en de spindels (te vergelijken met de versnellingsbak van een auto, red.) verbeterd. Deze kunnen nu sneller en beter reageren. Zo kan het exoskelet bewegingen beter en nauwkeuriger corrigeren om in balans te blijven.”

Door deze aanpassingen heeft het exoskelet een verfijndere motoriek, die in de buurt komt van menselijke bewegingen. Onze voeten zetten immers ook niet alleen grote, stevige passen. Soms is een kleine - bijna onzichtbare - beweging van een teen genoeg om de balans te herstellen. “Om dit ook in een exoskelet mogelijk te maken, meten we onder andere de kracht waarmee het exoskelet op de grond duwt. Dan weet je ook welke kracht je tegen moet geven om een goede balans te houden”, verklaart hij.

Optimale samenwerking

De software en de mechanische elementen moeten optimaal verbonden zijn voor het beste resultaat. Dat is voor nu het belangrijkste doel van de studenten. De leden van een studententeam wisselen ieder jaar. Iedere groep kiest een andere technische uitdaging en een bijbehorend doel. “We kunnen natuurlijk wel verder bouwen op wat de teams voor ons hebben gedaan”, zegt Brand.

Naast de grote uitdaging van het balanceren, gaat het team van dit jaar ook verder met de ontwikkeling van een hersengestuurd exoskelet. De hersengolven van de piloot worden gemeten en zodoende kan hij het exoskelet laten lopen of stoppen zonder op een knop te hoeven drukken. “Zo komen we steeds dichter bij een optimale gebruikservaring van het exoskelet”, zegt Postma.

Extreme technische uitdaging

De extreme technologische uitdagingen horen bij het studententeam. “We pakken de uitdaging aan en willen daardoor aan de markt laten zien wat er allemaal mogelijk is. Uiteindelijk hopen we natuurlijk dat de markt het verder oppakt. Zo kunnen we er samen voor zorgen dat mensen met een dwarslaesie weer kunnen staan en lopen”, zegt de Chief Engineer. Dat geeft dwarslaesie-patiënten bewegingsvrijheid. Daarnaast biedt het mogelijkheden om weer op ooghoogte met anderen te communiceren, dat is vaak van grote emotionele waarde.

De studenten hebben een unieke positie in het landschap van technologische ontwikkeling. Als studententeam krijgen zij vaak ondersteuning van wetenschappers én werken ze samen met bedrijven. Zij zetten zich helemaal in voor de technologie en het innovatieproces. Project MARCH is onderdeel van de Dream hall, een grote werkplaats met kantoorruimten op de campus van de TU Delft. Hier komen verschillende studententeams samen. Brand: “Het is zo gaaf om hier te werken. We zetten binnen een jaar zo veel stappen, zowel voor de technologie als voor onze persoonlijke ontwikkeling.”