Een vernieuwde kijk op robothandschoenen

← ga terug naar Recente technologische ontwikkelingen

10-07-2015

Zachte, lichte robothandschoen biedt hulp bij het zelfstandig grijpen van dingen

Door Kat J. McAlpine, Wyss Institute Communications

Nu er veelbelovende resultaten zijn bereikt bij het experimentele testen, zou in de toekomst een zachte robothandschoen (die wordt ontwikkeld door Conor Walsh en een team van ingenieurs aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) en het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering) ervoor kunnen zorgen dat patiënten die de controle over hun handmotoriek hebben verloren opnieuw een deel van hun zelfstandigheid terug krijgen.

De meeste patiënten die gedeeltelijk of volledig hun handmotorische vaardigheden zijn verloren door spierdystrofie, amyotrofische laterale sclerose (ALS) of een gedeeltelijke beschadiging van het ruggenmerg, geven aan dat hun levenskwaliteit sterk is gedaald omdat ze niet meer in staat zijn om dagdagelijkse taken uit te voeren. Taken die door valide mensen als vanzelfsprekend worden beschouwd – een hemd dichtknopen, de telefoon opnemen, kook- en eetgerei hanteren – worden frustrerende, bijna onmogelijke opdrachten door hun verminderde grijpkracht en motorische controle.

Het startschot voor verandering is echter gegeven, dankzij Walsh’ deskundigheid op vlak van zachte, draagbare robotsystemen en een ontwikkelingsaanpak, wat inhoudt dat er bij elke nieuwe stap in het testen en ontwikkelen rekening wordt gehouden met de potentiële eindgebruiker van de handschoen. Deze holistische aanpak verzekert dat de ontwikkeling van de technologie verder gaat dan eenvoudige functionaliteit en dat ze ook sociale en psychologische elementen in beschouwing neemt zodat de eindgebruiker de handschoen gemakkelijk kan integreren in zijn/haar leven.

“Reeds van bij het begin van dit project hebben we ons gefocust op het begrijpen van de werkelijke uitdagingen waarmee deze patiënten te maken krijgen. We hebben dan ook onderzoek verricht door de patiënten bij hen thuis op te zoeken”, zegt Walsh, professor mechanische en biomedische ingenieur en oprichter van het Harvard Biodesign Lab van de SEAS, en een voornaam faculteitslid aan het Wyss Institute. Een team van studenten werkte mee aan een eerste uitvoering van de handschoen, als onderdeel van de ES227: Medical Device Design Course.

Panagiotis Polygerinos, partner bij de Wyss Technology Development en Kevin Galloway, ingenieur aan het instituut, integreerden in elke fase van de ontwikkeling feedback van de patiënt met als doel de potentiële mogelijkheden van de handschoen te vergroten.

“Uiteindelijk moet de patiënt zo’n handschoen willen dragen”, zegt Galloway. “Afgezien van de functionaliteit van de handschoen, hebben we gemerkt dat patiënten wel degelijk geven om het design van de handschoen, wat voor een groot deel kan bepalen of de handschoen al dan niet welkom is bij het uitvoeren van hun dagdagelijkse taken.”

Walsh’ team paste het mechanisme zo aan dat de handschoen comfortabeler en natuurlijker aanvoelt voor de drager. Doorheen verschillende processen werden de mechanismen die voor beweging moeten zorgen kleiner gemaakt en werden ze zo aangepast dat de kracht gelijk werd verdeeld over de vingers en duim van de drager. Het resulterende zachte, multisegmentaire bedieningsorgaan – samengestelde buisvormige constructies uit Kevlar® vezels en silicone elastomeer – ondersteunt de waaier aan bewegingen uitgevoerd door menselijke vingers. Het controlesysteem van de handschoen is draagbaar en licht en kan gedragen worden aan een heupgordel of vastgemaakt aan een rolstoel.

Nu is het team volop bezig met het verbeteren van controlestrategieën waardoor het systeem de intentie van de drager zal kunnen detecteren. Een potentiële oplossing is de oppervlakte-elektromyografie te verbeteren door middel van smalle elektrische sensoren die in een armband zitten die wordt gedragen rond de voorarm. De elektromyografiesensoren detecteren de achtergebleven spiersignalen uitgezonden door de motorische zenuwcellen op het moment dat de patiënt iets probeert te grijpen en zouden kunnen worden gebruikt om rechtstreeks de handschoen te controleren.

“We blijven het design van de zachte robothandschoen testen op patiënten om het op die manier aan te passen aan de specifieke pathologieën van elke individuele patiënt en te begrijpen welke controlestrategieën het beste werken – maar de experimentele testen leveren ons reeds een groot aantal boeiende resultaten op”, zegt Walsh. “Het doel nu is om het gehele systeem voldoende te verfijnen zodat we later dit jaar de bruikbaarheid ervan kunnen beginnen testen op verscheidene patiënten.”

Walsh en zijn team werden in hun werk bijgestaan door George Whitesides, door Woodford L. en Ann A. Flowers van de universiteit van Harvard, en door Robert Wood en Charles River (professor ingenieur en toegepaste wetenschappen) van de SEAS, ook voorname faculteitsleden aan het Wyss.

Het design van de handschoen werd gepubliceerd in het tijdschrift Robotics and Autonomous Systems en het team stelde het onlangs ook voor op de internationale conferentie over robots en automatisering. In augustus zal het elektromyografiecontrolewerk voorgesteld worden op de internationale conferentie over robotonderzoek in Singapore.

In de toekomst wil het team de handschoen integreren in een revalidatiehulpmiddel dat kan dienen voor verschillende handpathologieën. Ze willen ook de functies van de handschoen uitbreiden tot verder dan de gewrichten in de hand en zachte robotsystemen ontwikkelen die ook een hulp zijn bij bemoeilijkte elleboog- en schouderbewegingen. 

 

Vertaling: Cathalina Depoorter

Bron: Harvard Gazette