Nooit meer vallen dankzij rugzak-achtige draagbare robot

Hulpmiddelen voor het evenwicht die in het dagelijks leven en in revalidatiecentra worden gebruikt, zijn nuttig maar verre van perfect. Stokken, looprekken, krukken en handrails veranderen de houding en verhinderen dat je je handen kunt gebruiken bij handelingen zoals het openen van deuren, het dragen van boodschappen of het opnemen van de telefoon. Geavanceerdere hulpmiddelen, zoals mobiele ondersteuningssystemen voor het lichaamsgewicht of robotlooptrainers, nemen bovendien veel ruimte in of kunnen alleen in specifieke omgevingen worden gebruikt. Onder leiding van hoogleraar Heike Vallery ontwikkelden Andrew Berry, Daniel Lemus en Saher Jabeen, onderzoekers van de afdeling BioMechanical Engineering van de TU Delft, de GyBAR: een rugzak-achtige draagbare robot die het evenwicht ondersteunt tijdens de revalidatie. De rugzak bevat een gyroscopische actuator – een met elektromotoren herpositioneerbare draaiende schijf – die bij uiteenlopende activiteiten en in verschillende omgevingen het evenwicht ondersteunt, waarbij de handen vrij blijven. De resultaten van de eerste experimenten met mensen en potentiële eindgebruikers zijn gepubliceerd in Scientific Reports van Nature.

Zie het artikel Controller synthesis and clinical exploration of wearable gyroscopic actuators to support human balance

Risico’s om te vallen
Vallen is de belangrijkste oorzaak van ongevalgerelateerd letsel in alle leeftijdsgroepen, maar is vooral gevaarlijk voor mensen die lijden aan aandoeningen die de motoriek beïnvloeden of leiden tot zintuiglijke of cognitieve beperkingen. Volwassenen boven de 65 jaar lopen bij een val een groot risico op ernstig letsel; als ze een heupfractuur oplopen, hebben ze bovendien een kans van 25 procent om binnen zes tot twaalf maanden na de val aan hun verwondingen te overlijden. Voor de ontwikkeling van een hulpapparaat dat het evenwicht ondersteunt en de handen vrij laat en tegelijk in staat is instabiliteit automatisch te detecteren en te corrigeren, biedt draagbare robotica veel mogelijkheden.

Inspiratie uit de ruimte
Voor de ontwikkeling van de GyBAR kwam de inspiratie uit de ruimte: satellieten zijn in staat hun oriëntatie in de ruimte te veranderen zonder gebruik van kracht of moment ten opzichte van hun omgeving (Figuur 1). Moment kan op een satelliet (of op het menselijk lichaam) worden uitgeoefend door het hoekmoment van interne vliegwielen te wijzigen, waardoor een bepaalde rotatie wordt gerealiseerd of juist voorkomen. Eén techniek daarvoor maakt gebruik van het zogenaamde gyroscopische effect, dat kan worden waargenomen bij draaiende tollen, die het effect van de zwaartekracht weerstaan (Figuur 2). Onderzoekers van de TU Delft zijn erin geslaagd op basis van het gyroscopische effect, dat meestal wordt toegepast in sensoren (denk bijvoorbeeld aan de gyroscoopsensor in een mobiele telefoon, die bewegingen meet), een actuator te bouwen.

Partners
Onderzoekers Andrew Berry, Daniel Lemus en Saher Jabeen ontwikkelden de GyBAR onder leiding van hoogleraar Heike Vallery en Frans van der Helm, en in samenwerking met Westland Orthopedie BV, DEMO (Dienst Elektronische en Mechanische Ontwikkeling) en Hyperion Technologies BV. De klinische beoordeling van de GyBAR is uitgevoerd in samenwerking met het Max Näder Center for Rehabilitation Technologies and Outcomes Research in het Shirley Ryan AbilityLab in Chicago en met revalidatiearts Carel Meskers van het VUmc.

• Lees op het blog van Nature meer over de uitdagingen en bredere doelstellingen van dit werk.
• Meer informatie over dit onderzoek, lees hier.

Voor meer informatie en vragen:

• Heike Vallery, hoogleraar Human Motor Augmentation, 015-278 3517, h.vallery@tudelft.nl 
• Dimmy van Ruiten, adviseur wetenschapscommunicatie, 0639844164, d.m.vanruiten@tudelft.nl