Zou het antwoord op mobiliteitsproblemen op een dag net zo eenvoudig kunnen zijn als het aantrekken van een broek? Een onderzoeksteam onder leiding van professor van de universiteit van Bristol, Jonathan Rossiter, heeft onlangs een prototype van een robotbroek onthuld waarvan ze hopen dat sommige gehandicapte mensen zonder andere hulp kunnen lopen.
Als ingenieur die onderzoek doet naar manieren om mensen met ruggenmergletsels te helpen hun ledematen weer te bewegen, ben ik me er scherp van bewust hoe het verlies van mobiliteit de kwaliteit van leven van een persoon kan beïnvloeden, en hoe het herstellen van die beweging kan helpen. Gezien het enorme aantal mensen met een handicap (alleen al in het VK meer dan 6, 5 miljoen mensen met mobiliteitsproblemen) en onze vergrijzende bevolking, kunnen apparaten die de mobiliteit verbeteren een groot deel van de bevolking helpen.
Ondanks 50 jaar onderzoek is dit soort technologie echter zelden buiten het lab overgenomen. Dus ligt de nieuwe ontwikkeling van een robotbroek op koers om eindelijk een technologie voor werkende mobiliteit in huis te halen?
In tegenstelling tot het stijve robotapparaat in de animatiefilm Wallace en Gromit, The Wrong Trousers, maakt de nieuwe zogenaamde 'Right Trousers' gebruik van zachte kunstmatige spieren om beweging te creëren en de echte spieren van de drager te trainen. Deze bootsen menselijke spieren na in het produceren van een kracht door simpelweg korter te worden en aan beide uiteinden te trekken.
Door verschillende kunstmatige spieren samen te bundelen, kan de ondersteunende broek een gewricht zoals de knie bewegen en de gebruiker helpen met bewegingen zoals opstaan uit een stoel. Omdat de kunstmatige spieren elastisch en zacht zijn, zijn ze veiliger dan traditionele motoren die worden gebruikt in starre robotachtige exoskeletten die, hoewel krachtig, stijf en ongemakkelijk zijn.
De onderzoekers hebben verschillende ideeën aangedragen voor het verkorten van de kunstmatige spieren en het creëren van beweging. Eén ontwerp past het concept van luchtspieren aan, dit zijn in feite ballonnen die zijwaarts uitzetten en in lengte verkorten als ze zich vullen met lucht.
Een ander voorgesteld ontwerp maakt gebruik van elektriciteit om een kunstmatige spier in te korten die is gemaakt van een gel die tussen twee koperen platen is geplaatst. De gel wordt aangetrokken door gebieden met een hoge elektrische spanning. Dus het creëren van twee verschillende spanningen in de platen dwingt de gel om rond een ervan te krimpen, waardoor ze dichter bij elkaar worden gebracht en de spier wordt verkort.
Een andere technologie die in de hulpbroek is geïntegreerd, is functionele elektrische stimulatie (FES). In de broek geweven elektroden die strategisch boven de spieren zijn geplaatst, kunnen speciaal ontworpen elektrische impulsen het lichaam in sturen om het communicatiekanaal tussen de hersenen en de spieren te kapen en de spieren rechtstreeks te contracteren. Door gebruik te maken van bestaande spieren en de hersenen te omzeilen, kan de ondersteunende broek zelfs spieren aansturen die de dragers mogelijk zelf moeilijk kunnen gebruiken (bijvoorbeeld door een beroerte).
De broek kan ook gebruikers helpen die moeite hebben om lang te staan dankzij speciaal gemaakte plastic kniebeugels die stijver worden als ze afkoelen. Door de temperatuur van de beugels te regelen, kan de knie bewegen of vergrendelen om te blijven staan zonder veel inspanning van de spieren (echt of kunstmatig).
Andere functies zijn onder meer een automatische riem, met behulp van een mechanisme vergelijkbaar met de luchtspieren, om het gemakkelijk en veilig te maken om de broek aan en uit te trekken.
De onderzoekers stellen voor om een ingebed elektronisch systeem te maken dat informatie over de beweging en de toestand van de drager ontvangt van sensoren die in de broek zijn ingebed, en alle systemen bestuurt om bewegingen aan te passen aan de behoeften van de gebruiker. Met de elektronica kunnen gebruikers hun bewegingen besturen via bedieningselementen die rechtstreeks op de broek zijn geweven. De uitdaging zal zijn om de beweging van de kunstmatige spieren en de elektrische stimulatie van de echte spieren te timen in reactie op de houding van de gebruiker.
Resterende uitdagingen
De juiste broek is uniek in hun benadering van het combineren van baanbrekend onderzoek en gevestigde technieken in één enkel prototype. Afgezien van de nieuwheid van een robotbroek, is het apparaat zo aantrekkelijk als een praktische ondersteunende technologie, het feit dat het kan worden aangepast aan veel verschillende gebruikers. Dit wekt de hoop dat het breed zou kunnen worden toegepast waar andere eerdere ondernemingen hebben gefaald.
Dit is echter alleen het prototype. Een werkend product is waarschijnlijk minstens vijf jaar verwijderd en er moeten belangrijke vragen worden beantwoord om in dat stadium te komen. Waar slaat het alle stroom op die het nodig heeft? Hoe kunnen alle systemen worden geminiaturiseerd en in de broek worden ingebed, zodat ze niet omvangrijk en onhandig worden om te dragen? Kan de controller de beste actie voorspellen die zal worden uitgevoerd temidden van de steeds veranderende complexiteit van echte omgevingen waar gebruikers zullen lopen?
Nog andere technologieën kunnen de broek nog verder verbeteren. Hersenen-computerinterfaces die hersensignalen kunnen decoderen, worden nu gebruikt in systemen die verlamde mensen weer helpen bewegen. Als je de hulpbroek door nadenken bestuurt, kan dit voor veel mensen weer een stapje terug zetten.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Ioannis Dimitrios Zoulias, postdoctoraal onderzoeker in biomedische technologie, Universiteit van Reading
