Inzicht in mens-robotinteractie essentieel voor ontwerp revalidatiesystemen

Robotapparaten voor lichaamsgewichtondersteuning kunnen een sleutelrol vervullen bij hulp aan mensen met neurologische aandoeningen die beter willen leren lopen. Het team van de TU Delft dat in 2018 de Rysen heeft ontwikkeld, een geavanceerd apparaat voor lichaamsgewichtondersteuning, heeft inmiddels meer fundamenteel inzicht in dit concept gekregen, maar stelt ook vast dat er nog het een en ander moet worden verbeterd. Ze constateren dat aanbevelingen voor de optimale instellingen voor de therapie moeten worden aangepast aan elk afzonderlijk apparaat en dat ontwikkelaars zich meer bewust moeten zijn van de interactie tussen patiënt en apparaat. De onderzoekers hebben de resultaten van hun evaluatie gepubliceerd in Science Robotics.

Een beroerte, ruggenmergletsel of andere neurologische aandoeningen kunnen leiden tot beperkingen die de kwaliteit van leven ernstig aantasten. Intensieve looptraining op basis van neurorevalidatie kan patiënten helpen mobiliteit terug te krijgen en kan de werkdruk van revalidatietherapeuten verlagen. Dit kan worden gerealiseerd met behulp van robotapparaten voor lichaamsgewichtondersteuning (body-weight support, bws). Voorbeelden van de nieuwe generatie van dergelijke robotapparaten zijn de Float en de Rysen. Een van de speciale kenmerken van deze apparaten is de instelbare steunkracht.

De ontwikkelaars van de Rysen hebben nu dit en andere bws-systemen geëvalueerd en hun bevindingen gepubliceerd in Science Robotics. ‘De impact van bws op looppatronen is al in vele studies onderzocht, en de resultaten zijn minder consistent dan je zou verwachten’, vertelt professor Heike Vallery van de TU Delft. ‘Wij benadrukken het belang van inzicht in de diverse factoren, zoals de richting van de steunkracht en de bevestigingspunten op het harnas. In ons artikel onderzoeken we de exacte invloed van deze en andere factoren op het lopen.’

In de toekomst kan de Rysen worden ingezet in combinatie met vloerprojectie. Door middel van augmented reality worden er situaties gecreëerd die de patiënt helpen bij revalidatie en ook nog voor enige fun zorgen.

‘Omdat deze informatie cruciaal is voor het ontwerp van een optimale bws, hebben we de diverse factoren systematisch bestudeerd voor de Rysen’, zegt Michiel Plooij, mechatronisch systeemengineer aan de TU Delft en bij Demcon. ‘Heel opvallend was dat gezonde proefpersonen een kleine achterwaartse kracht noemen als een van de kenmerken van een ideale bws, terwijl we hadden verwacht dat ze een voorwaartse kracht zouden kiezen. Bovendien ontdekten we dat de loopkarakteristieken met deze kleine achterwaartse kracht dichter bij normaal lopen lagen dan zonder de achterwaartse kracht.’

Deze onverwachte uitkomst plaatst vraagtekens bij de opvatting dat mensen tijdens mens-robotinteracties vooral de energie-efficiëntie optimaliseren. Het lijkt erop dat ze eerder proberen hun gevoel van stabiliteit en veiligheid te vergroten. De onderzoekers tonen ook aan dat de plek van de bevestigingspunten op het harnas een sterke invloed heeft op het looppatroon, terwijl bevestiging van het harnas in de literatuur nauwelijks wordt vermeld.

Plooij: ‘In het algemeen laten we zien dat er nog veel wetenschappelijke vragen zijn. We hebben de Rysen vooral ontwikkeld als hulpmiddel voor het bestuderen en ondersteunen van looprevalidatie. Toen we eerder onderzoek naar apparaatinstellingen op de Rysen probeerden te repliceren, constateerden we dat dezelfde apparaatinstellingen tot totaal verschillende resultaten leidden.’

Ondanks het gebruik van schijnbaar gelijke systemen worden er verschillende wetenschappelijke gegevens uit de apparaten verkregen. Daarom moeten aanbevelingen voor optimale therapie-instellingen aan elk afzonderlijk apparaat worden aangepast. Inzicht in de interactie tussen mens en bws-apparaten is van cruciaal belang bij het ontwerp en gebruik van dergelijke systemen.