21-03-2014
DOOR CYNTHIA WASHICKO
De arm van de student zit ingepakt in zwart plastic en klittenband. Gekleurde draden leiden naar zilveren klemmen om zijn vingertoppen. Om zijn achterhoofd een band met plastic draadjes over zijn voorhoofd.
Dit hele systeem werd ontwikkeld met een ogenschijnlijk simpel doel: de arm en hand van de gebruiker op een robotische manier bewegen.
Op het eerste gezicht lijkt het misschien een scène uit een sciencefictionfilm, maar het is het resultaat van maanden werk door een groep studenten van de Amerikaanse universiteit California State Fullerton.
Met het openen en sluiten van zijn hand laat de jonge informaticastudent Micheal Vavro het resultaat zien van al die maanden werk. Hij vertelt dat het apparaat voor het bewegen van de robotarm gebruikmaakt van de hersengolven die ontstaan wanneer iemand aan een stimulus wordt blootgesteld.
“(We) kunnen dit natuurlijke verschijnsel in de hersenen gebruiken om te zien wanneer iemand naar een stimulus kijkt en zo allerlei dingen besturen,” vertelt Vavro. “Het komt erop neer dat we hersengolven gebruiken om te zien wat er gebeurt in de hersenen en dit vervolgens omzetten in beweging.”
Het apparaat lijkt nu te werken als een geoliede machine, maar hier is bijna een jaar aan voorbereiding en prototypes aan voorafgegaan.
Het werk aan de robotarm begon in de zomer van 2013. Volgens Vavro draaide het in de eerste voorbereidingsfase vooral om het vinden van het juiste besturingsmechanisme.
“Er zijn zoveel manier om een klein signaal op te vangen… het is als zoeken naar een naald in een hooiberg,” vertelt hij. “We moesten uit al die verschillende manieren de manier kiezen waarop wij het wilden doen”.
Het systeem gebruikt nu gelaatsuitdrukkingen om de arm te besturen, vertelt ouderejaars informaticastudent Hayden Donze. Het systeem werkt wel, geeft hij aan, maar je moet het leren gebruiken. Voor nieuwe gebruikers zonder ervaring is dat soms moeilijk.
Hij vertelt dat het team bezig is met de implementatie van een systeem genaamd Steady State Visually Evoked Potentials (SS VEP). Hierbij dient de gebruiker zich te focussen op een knipperlicht, in plaats van op (subjectievere) gelaatsuitdrukkingen.
“Voor het gebruik van (SS VEP) is geen training nodig; de arm is veel makkelijker te besturen,” vertelt Donze.
De overstap naar een universeler besturingsmechanisme is trouwens niet de enige verbetering aan het systeem.
Adrian Iniguez is de enige mechanicien in het team en is hoofdzakelijk verantwoordelijk voor de fysische werking van het systeem. In de komende maanden hoopt hij het bewegingsmechanisme in de arm zo te perfectioneren dat de vingers los van elkaar bewogen kunnen worden.
“Het is lastig, maar ook… interessant, omdat het beter aansluit bij mijn vaardigheden en mijn toekomstige werkzaamheden,” vertelt hij. “Bovendien zijn andere mensen door dit project meer te weten gekomen over mijn werkzaamheden, en heb ik meer geleerd over de werkzaamheden van anderen”.
Volgens Iniguez hebben de studenten dankzij de samenwerking tussen de verschillende vakgebieden meer geleerd dan ze in een normaal cursusvak zouden doen. De studierichtingen van de studenten lopen uiteen van informatica tot werktuigbouwkunde. Al deze specialismen waren nodig om het project op dit punt te brengen.
“Het was heel nuttig (om met zo’n gevarieerde groep te werken)”, vertelt Donze. “Door studenten uit elektrotechniek en al die andere disciplines samen te laten werken heb je meer mensen die meer specifieke dingen kunnen doen.”
De groep wordt geleid door professor technische informatica Kiran George, Ph. D. Een van de dingen die het project zo belangrijk en waardevol maken, is volgens hem het feit dat bepaalde mensen enorm geholpen zouden zijn met het eindresultaat.
“Dit is een probleem uit de praktijk, niet uit de boeken,” vertelt George. “Mensen met ALS, bijvoorbeeld, zouden het systeem echt kunnen gebruiken… dit is eigenlijk onze manier om iets terug te geven aan de gemeenschap, aan de samenleving.”
George vertelt dat hij zijn team zo snel mogelijk wil klaarstomen om problemen uit de praktijk op te lossen. Er zal een ontmoeting plaatsvinden met mensen die lijden aan Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS).
Op de website van de Amerikaanse ALS Association wordt deze ziekte beschreven als een degeneratieve aandoening van de hersenzenuwen en het ruggenmerg, die uiteindelijk verlamming tot gevolg heeft doordat de hersenen geen motorische impulsen meer door het ruggenmerg naar de spieren kunnen sturen.
George vertelt op welke manier de samenwerking met de ALS Association iets voor mensen kan betekenen, en dat het voor het team een manier is om iets terug te doen. De samenwerking geeft de studenten ook een kijkje in de alledaagse toepassing van hun werk; een goede aanvulling op het laboratoriumwerk waar ze tijdens het project al zo veel mee te maken krijgen.
Ik hoop dat ze (door de samenwerking met de ALS Association) een idee krijgen van de praktische context van hun werk, anders blijft het bij een labproject,” vertelt George. “Ik wil juist verder gaan dan dat, want alleen dan kunnen ze (begrijpen) waar ze het voor doen en hoe het mensen zal gaan helpen.”
De ontwikkeling van het project zal gewoon door blijven gaan wanneer het team met patiënten gaat werken. Robotarmen kosten nu nog tussen de 10.000 en 15.000 dollar, maar George wil een apparaat ontwikkelen dat zowel betaalbaar als bereikbaar is voor patiënten over de hele wereld.
Wat ik voor me zie is een… product van minder dan 500 dollar, een product dat iedereen zich kan veroorloven. “Het is ons doel om het ontwerp over de hele wereld beschikbaar te stellen, zodat het kan worden geprint met een 3D-printer en het systeem direct gebruiksklaar kan worden gemaakt.”
Een volledige robotuitrusting mag dan voorbehouden blijven aan films en stripverhalen, maar de CSUF heeft nu zijn eigen stukje werkende sciencefiction op de campus.
Vertaling: S. Janssen
Bron: Daily Titan
CSUF studenten en een professor stellen een robotarm voor ALS-patiënten voor op een ingenieurs conferentie
21-10-2014
Door Brittaney timmerman
Een groep van Cal State Fullerton studenten en een alumnus presenteerden hun onderzoek met een hersengestuurde robotarm op de Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)-conferentie vorige week in San Diego.
De studenten, en een universitair hoofddocent van computer engineering Kiran George, Ph.D., ontwikkelden de arm vorig jaar en begonnen hun werk met patiënten gediagnosticeerd met Amyotrofische Laterale Sclerose (ALS).
ALS is een neurologische aandoening die zenuwcellen in de hersenen en het ruggenmerg aantast. De progressieve degeneratie van zenuwen leidt tot verlamming en uiteindelijk tot de dood naarmate de zenuwcellen niet meer in staat zijn om motor signalen te sturen naar de wervelkolom en de spieren, volgens de ALS Association. Ongeveer 5.600 mensen worden elk jaar gediagnosticeerd met ALS.
De groep staat namaak van hun ontwerp toe voor degenen die het nodig hebben.
George en zijn team van assistenten hebben met 12 ALS-patiënten samengewerkt in de afgelopen vier maanden op een nieuwere generatie van de arm. Elke versie heeft als doel, momenteel is er een derde versie, om meer en meer taken te voltooien.
“De huidige generatie van de arm zorgt alleen voor eenvoudige taken uitgevoerd door patiënten, zoals het oppakken van een fles water en het nemen van een slok ervan,” zei George. “Deze schijnbaar eenvoudige taak is zeer belangrijk voor patiënten, omdat het hen onafhankelijkheid en vertrouwen geeft en dat helpt hen om de verwoestende ALS-ziekte door te maken.”
Voor het testen van de robotarm werden patiënten gekozen op basis hun stadia van ALS. Hierdoor kon de groep bepalen hoe de arm functioneert met patiënten in verschillende stadia van de ziekte, wat belangrijk is omdat ALS in elke patiënt anders evolueert.
Het werk van de onderzoeksgroep met ALS-patiënten maakte de invoering van een brede waaier aan functies mogelijk die het beste de problemen waarmee de patiënten geconfronteerd worden, weergeeft, want er is een breed scala aan behoeften van patiënten voor de technologie.
Hayden Donze, een afgestudeerde computer wetenschapper die op de eerste twee generaties van het project werkte, heeft persoonlijk gewerkt met twee patiënten.
Geen enkel geval is precies hetzelfde, zei Donze. Één patiënt met wie hij werkte had de meeste van zijn motorische vaardigheden nog, maar de ziekte had zijn spraak aangetast, waardoor het moeilijk was voor hem om te communiceren.
Als de groep samenwerken met ALS-patiënten blijft, zal de arm ontwikkelen op basis van de behoeften van de gebruiker en voorkeuren. Het uiteindelijke doel, George zei, is een betaalbare, functionele arm die gemakkelijk bruikbaar door mensen met ALS is.
Vertaling: ALS Liga: Anne
Bron: Daily Titan