Intuïtieve aansturing van bionische benen

Thu Sep 29 2022

09 29

Intuïtieve aansturing van bionische benen

01/08/2022

Door Ad Spijkers

Met nieuwe prothesetechnologie kunnen geamputeerden een robotische prothese aansturen als natuurlijk verlengde van het eigen lichaam.


     

Universiteit Twente heeft in samenwerking met prothesesfabrikant Ottobock nieuwe prothesetechnologie ontwikkeld. Het resultaat werd gedemonstreerd tijdens de onlangs gehouden RehabWeek, een internationaal congres voor de revalidatietechnologiesector dat dit jaar in Rotterdam plaatsvond. De technologie is gebaseerd op het concept van musculoskeletale modellering en wijkt daarmee af van de veelgebruikte machine learning-methoden.

Digitaal model

Wereldwijd zijn er miljoenen mensen die een amputatie van een ledemaat hebben moeten ondergaan. Ondanks ontwikkelingen in de sector is de functionaliteit van de huidige prothesen voor ledematen nog steeds beperkt.

In de mens wordt beweging geïnitieerd door elektrische signalen die door de hersenen naar de spieren worden gestuurd. Door elektroden op de huid te plaatsen bij perifere spieren kan een surrogaat van deze hersensignalen worden geregistreerd in de vorm van elektromyogrammen (EMG's). De onderzoekers creëerden een gedetailleerd digitaal model van iemands been en de organische weefsels binnen in dat been. Het digitale model omvatte een nauwkeurige omschrijving van de verloren spieren, pezen en gewrichten van de geamputeerde.

De onderzoekers registreerden EMG-signalen van verschillende plekken in de beenspieren. Deze signalen zijn vervolgens gebruikt om te bepalen op welke wijze de virtuele spieren in het model zouden worden geactiveerd en kracht zouden genereren in de beengewrichten. De voorspelde bewegingskrachten werden vervolgens in real-time naar de robotische prothese gestuurd.

Doelstellingen

Met virtuele modellen van het menselijk lichaam kunnen de onderzoekers het best voorspellen hoe de interactie tussen de mens en revalidatiemachines zal verlopen. De meeste winst bij het onderzoek naar prothesen en orthesen valt behalen door het mogelijk te maken om mechatronische toestellen intuïtief aan te sturen en tegelijkertijd het bewustzijn van de gebruiker te vergroten in alle verschillende situaties in het dagelijks leven;. Met deze resultaten komen de onderzoekers een stap dichter bij dat doel.

Het onderzoek werd gefinancierd door het SimBionics-project van de EU, met als partners de Universiteit Twente, Roessingh Research and Development (Enschede), Ottobock (Duitsland) en de Universiteit van Aalborg (Denemarken). De doelen van het project zijn onder andere:

  • het ontwikkelen van een nieuwe aansturingsinterface die neuromechanische modellering en kunstmatige sensorische feedback integreert in een prothese voor een onderste ledemaat. Maar ook het ontwikkelen van kwalitatieve en kwantitatieve instrumenten om verschillende systemen te beoordelen en met elkaar te vergelijken;
  • het bieden van opleidingen aan promovendi waarin zij de technische en klinische vaardigheden leren om protheses voor ledematen te ontwikkelen, en waarin zij leren hoe zij nieuwe ideeën en ontwikkelingen op dit gebied succesvol op de markt kunnen brengen.

Hoofdonderzoekers: Prof. Herman van der Kooij en prof. Massimo Sartori (Universiteit Twente), prof. Hans Rietman (Roessingh Research and Development), prof. Strahinja Dosen (Universiteit van Aalborg) en dr. Jose Gonzalez-Vargas (Ottobock). Promovendi: Lucas Avanci-Gaudio en Federica Damonte, met als begeleider dr. Guillaume Durandau.

Foto: screenshot video Universiteit Twente