UT verbetert exoskeletten via ingebouwde controllers
Draagbare robots zoals exoskeletten worden vaak gebruikt bij de revalidatie van mensen met een gedeeltelijke verlamming, bijvoorbeeld na een beroerte of ruggenmergletsel. Deze exoskeletten werken min of meer zonder diepgaande kennis van het lichaam van de patiënt. Guillaume Durandau van de Universiteit Twente heeft controllers toegevoegd aan exoskeletten zodat intuïtieve menselijke controle mogelijk is.
Durandau rustte draagbare robots uit met digitale neuromusculoskeletale, modelgebaseerde controllers om robuuste en intuïtieve menselijke besturing van draagbare robots mogelijk te maken. Na een letsel dat neuromusculaire laesies veroorzaakt, zoals een beroerte, vindt het grootste deel van het herstel van de motorische capaciteit plaats in de eerste zes maanden na het incident. Na deze periode is er weinig verdere verbetering meer te verwachten. Slechts 10 procent van de beroertepatiënten herstelt volledig, de rest zal met een of andere beperking moeten leven. Een van de belangrijkste aandoeningen is een afname van de mobiliteit als gevolg van spierzwakte of verlies van spiercontrole (30 procent van de patiënten met een beroerte is niet in staat om zonder hulp te lopen). Om het effect van de beperking te helpen verzachten zijn hulprobots zoals exoskeletten ontwikkeld.
‘Tot op de dag van vandaag hebben draagbare exoskeletten hun belofte niet waargemaakt’, stelt Durandau. ‘Ze hebben geen revolutie teweeggebracht in het leven van patiënten met neuromusculaire aandoeningen. We hebben nog geen patiënt met een beroerte, geholpen door een exoskelet, vrij op straat zien lopen.’
Een van de uitdagingen is de communicatie-interface tussen de mens en het exoskelet. De huidige aansturing negeert de complexiteit van het menselijk lichaam en gebruikt zeer eenvoudige modellen. De mens wordt aangedreven door de robot, terwijl de mens de robot zou moeten besturen. Durandau probeert dit te bereiken met behulp van geavanceerde, maar snelle, neuromusculoskeletale, geavanceerde spier-skeletmodellen van het menselijk lichaam.
De resultaten van het proefschrift van Durandau tonen aan dat de spier-skeletmodellen in realtime kunnen worden geïmplementeerd in kleine draagbare computers. ‘We tonen aan dat deze spier-skeletmodellen helpen om vrijwillige controle te geven aan patiënten met een gedeeltelijke verlamming. Zo hebben ze het exoskelet onder controle en tegelijkertijd kost het hen minder spierkracht om te bewegen. De neuromusculoskeletale controller helpt voortdurend bij het minimaliseren van spiervermoeidheid in de meest uiteenlopende loopomstandigheden en bij andere complexe bewegingen die anders moeilijk te assisteren zijn. Dit opent nieuwe mogelijkheden om de mobiliteit van de patiënten te vergroten en zo hun levenskwaliteit te verbeteren.’
