Een nieuwe, ‘bionische’ prothese gebruikt motoren en veren om energie toe te voegen. Ze zet een stap dichter bij een natuurlijk been.
Als we een trap op willen, en ook gewoon als we willen stappen, hebben we energie nodig. Daar gebruiken we onze beenspieren voor. Komt er uit onze benen onvoldoende energie, dan moet de rest van ons lichaam daarvoor compenseren. Vergelijk het met een gesloten skischoen: daarin kan je enkel niet bewegen. Dat creëert een asymmetrie bij het stappen, wat een resem problemen kan veroorzaken, van heup- en beenproblemen tot rugpijnen.
Vandaag zijn (been)prothesen vaak passief. Ze voegen geen energie toe. Dat heeft een impact op de rest van het lichaam. Die vergroot naarmate de amputatie hoger is. Bij een amputatie door het bovenbeen ontbreken namelijk twee belangrijke gewrichten: de knie en de enkel. Dat zorgt ervoor dat veel mensen zelfs niet aan een prothese toe komen en voor de rest van hun leven afhankelijk zullen zijn van een rolstoel.
Bionisch
Onderzoekers van het BruBotics-onderzoekscentrum aan de Vrije Universiteit Brussel hebben een nieuwe prothese met motoren ontwikkeld. Die moeten het energietekort wegwerken. De motoren worden verbonden met de artificiële gewrichten en zetten de elektrische energie uit batterijen om in de energie die we nodig hebben om een natuurlijk gedrag te verkrijgen.
Het probleem hierbij is dat er in onze enkel een heel grote kracht ontwikkeld wordt bij het stappen, te vergelijken met wat onze schouder zou moeten doen om twee volle bakken bier op een armlengte afstand omhoog te houden. Hiervoor is een grote en zware motor nodig, wat de prothese onmogelijk te gebruiken maakt. In de ontwikkelde prothese wordt energie opgeslagen in veren en gerecycled, zodat de motoren klein kunnen blijven en minder energie verbruiken. Hierdoor kan de prothese hetzelfde doen als onze benen, terwijl het gewicht van motoren en batterijen binnen de perken blijft.
Dat maakt het niet alleen mogelijk om het menselijke been te imiteren tijdens het stappen, maar ook om te assisteren bij andere taken. Deze zogenaamde bionische prothese helpt het lichaam naar boven te duwen. Die beweging heb je nodig om uit je zetel op te staan of om een trap op te klimmen. Omgekeerd kan de bionische prothese je ook beter ondersteunen wanneer je de trap afdaalt. Daarmee zorgt de prothese voor extra veiligheid.
Paralympics voor cyborgs
De prothese die Brubotics ontwierp, kwam al meteen terecht op de looppiste, in het kader van de Cybathlon 2016. Dat is een soort Paralympische Spelen voor ‘cyborgs’. Of beter: voor sporters met een beperking die geholpen worden door robotica. Deelnemers hadden exoskeletten, robotische armprotheses of beenprotheses.
Voor elke discipline was er een hindernissenparcours, bestaande uit typische obstakels als een hellend platform, trappen en een nauwe doorgang. Meer dan zo snel mogelijk aan de overkant te geraken, was het de bedoeling aan te tonen wat een immense opgave alledaagse obstakels vormen voor mensen met een beperking.
De prothese moet een kracht kunnen ontwikkelen die gelijkstaat aan twee bakken bier omhooghouden
Met de deelname werd aangetoond dat de ontwikkelde technologie helpt om verschillende van deze obstakels te overwinnen. Al werd het ook duidelijk dat er nog veel ruimte voor verbetering is voor aan alle bestaande prothesen.
Robot-assistief
Prothesen moeten hetzelfde gedrag kunnen produceren als dat van een gezond been. Dat moeten ze ook op het juiste moment en op de juiste manier doen. De aansturing van robot-assistieve toestellen is iets waar nog steeds veel onderzoek naar gedaan wordt en nog veel meer onderzoek naar nodig is.
De prothese moet kunnen weten wanneer je wil stappen en wat er precies moet gedaan worden binnen één stap. Maar daarnaast moet ze weten wanneer je voor een trap staat en naar boven wil gaan. Nu moet de gebruiker dat zelf nog zien aan te geven en de prothese in de juiste stand zetten.
Prothesen die direct worden aangestuurd door de hersenen en aanvoelen als een eigen lichaamsdeel, en prothesen die niet te onderscheiden zijn van gezonde lichaamsdelen: daar willen we naartoe.
Voor zijn onderzoek naar beenprothesen is Joost Geeroms (Ingenieurswetenschappen, VUB) genomineerd voor de Vlaamse PhD Cup 2017.
