Blikvanger in de Dreamhall van de TU Delft zijn door studenten ontwikkelde raceautootjes die op zonne-energie rijden. Er wordt al jaren gewerkt aan de verbetering ervan, door steeds weer een nieuwe groep bevlogen studenten. Andere D:Dream (Dream Realization of Extremely Advanced Machines) Teams houden zich bezig met de ontwikkeling en verbetering van motoren die op waterstof lopen, een raket die hopelijk nog hoger komt dan de vorige en een overdekte fiets die intussen bijna 135 kilometer per uur haalt. ”Op naar de 140”, is het motto van het huidige team.

Een relatieve nieuwkomer in de hal is het team van Project March, goed voor een kleine dertig studenten. Met man en macht werkten ze in het achterliggende jaar aan de realisatie van een geavanceerd exoskelet. Een deel van het team richtte zich op het ontwerpen en produceren van het frame, een ander deel op de vervaardiging van de hardware, de rest op de ontwikkeling van de software en de interactie tussen skelet en gebruiker.

Directe aanleiding voor het nieuwe project was de aangekondigde Cybathlon: de eerste wereldspelen voor ”bionische para-atleten” in Zürich. Deze gehandicapte sporters werden ondersteund door robotica. Het Dream Team van de TU Delft zou Nederland op 8 oktober vertegenwoordigen in de Powered Exoskeleton Race, een parcours met zes alledaagse hindernissen voor dwarslaesiepatiënten in een exoskelet. De Brabantse Claudia Bosch-Commijs was aangezocht als de ‘piloot’ van het exemplaar van March. Ze moest het opnemen tegen lotgenoten in exoskeletten van academische en commerciële teams uit andere delen van de wereld.

Trilmotoren

Nick Tsutsunava, technisch manager van March, typeert de spelen als een mix van een wedstrijd en een demonstratie van techniek. „De kracht van deze combinatie is dat het wedstrijdelement een enorme drive geeft om in korte tijd iets goeds te ontwikkelen, zonder tijd te verspillen aan eindeloos overleg en onderzoek. Een nog groter voordeel is dat je voortdurend in contact staat met de gebruiker. Die kan het skelet het best beoordelen. Alle aanpassingen, waaronder herdesign van het gewricht en een klemmechanisme om het frame aan de gewrichten vast te zetten, zijn verricht in overleg met Claudia en haar fysiotherapeut van de Sint Maartenskliniek.”

Het was een race tegen de klok. Voor het frame namen de studenten veel over van de MindWalker (zie kader), een experimenteel exoskelet. Het unieke daarvan is de mogelijkheid om diagonale bewegingen te maken, door extra heupscharnieren. Het March Team maakte een simpeler en gebruiksvriendelijker variant.

Omdat het lopen met een exoskelet krukken vereist, besloten de studenten in het handvat van één kruk het besturingssysteem te verwerken. Dat bestaat uit zogenaamde triggers die ook voor een joystick worden gebruikt, twee veiligheidsknoppen, een scrollwieltje en een schermpje dat aangeeft welke functie er actief is. Bijvoorbeeld de functie ”opstaan”. Trilmotoren, vergelijkbaar met die in een mobiele telefoon, waarschuwen de gebruiker als het lichaam uit balans raakt. Door het ontwikkelde Point-and-Gosysteem moet Claudia straks met de slimme krukken kunnen aanwijzen waar ze naartoe wil lopen. „De gebruiker is in onze optiek niet de passagier, maar de piloot van het exoskelet.”

Impuls

Voor het eerste studententeam van March was een succesvolle deelname aan de Cybathlon het primaire doel. Dat werd door tegenslag in de slotfase niet gehaald. Wel werden de mogelijkheden van het skelet in Zürich gepresenteerd. Einddoel van het studentenproject is een exosklelet dat de rolstoel volledig vervangt. Dankzij de wereldspelen voor de bionische paralympics kreeg de ontwikkeling daarvan een stevige impuls. „Iedereen heeft zijn eigen gedachten en ideeën bij een exoskelet”, verklaart Tsutsunava. „Een breed aanbod zorgt niet alleen voor concurrentie, maar biedt ook de mogelijkheid om het beste van alle ontwerpen te combineren.”

Het frame van de March werd met het oog op de spelen in Zürich volledig aangepast aan het lichaam van Claudia. Aan de hand van een 3D-scan van haar benen maakte een aantal studenten met een 3D-printer twee met schuim beklede kokers in de vorm van beide ledematen. De op maat gemaakte verbindingsstukken tussen piloot en frame geven de ideale drukverdeling, wat beschadiging van de huid voorkomt.

Het elektronicateam was druk met het zoeken of zelf vervaardigen van de benodigde hardware. De boordcomputer van het exoskelet kwam uit Zwitserland. Na een mislukte test van de March maakten de studenten in korte tijd twee nieuwe moederborden. De printplaatjes bevatten alle componenten die nodig zijn om het exoskelet naar wens te laten werken. Ook het accupack (een samenstelling van oplaadbare batterijen) en het powermanagementsysteem zijn geproduceerd door het elektronicateam.

Perfectionering

De door andere studenten ontwikkelde software, het brein van het skelet, zorgt ervoor dat de March eenvoudig kan worden bestuurd door de piloot. De problemen waarmee het totale team te maken kreeg, hadden niet te maken met de afzonderlijke trajecten maar met de integratie van frame, hardware en software. „Het is geweldig lastig om alles soepel te laten samenwerken”, concludeert Tsutsunava. „We hadden ook nog eens te maken met een enorme tijdsdruk. Daardoor is het helaas niet gelukt om op tijd klaar te zijn voor de Powered Exoskeleton Race.”

De studenten van de TU-Delft lieten zich door deze bittere pil niet uit het veld slaan. Kenmerkend voor de werkers in de Dreamhall zijn volgens Sjoerd Butter, de pr-man van Project March, het enthousiasme en de flexibiliteit van studententeams. „Bureaucratie kennen we niet. Als iets misgaat, komen we bij elkaar, bespreken hoe we het probleem kunnen oplossen en gaan we er meteen met volle kracht tegenaan.”

Een nieuwe groep studenten is zich aan de zijlijn aan het warmlopen, om het stokje over te nemen. „Er is al veel werk verzet”, vindt Tsutsunava, „maar we zijn er nog lang niet. Tal van ideeën vragen om perfectionering. De March moet lichter en nog slimmer worden. We willen mensen met een dwarslaesie de mobiliteit geven die ze voor het oplopen daarvan hadden. Dat betekent dat ze zonder krukken moeten kunnen lopen. Nu geven we ze hun benen terug, maar nemen we hun handen weg. Onze wens is dat ze uiteindelijk ook de handen vrij hebben. Dat zal nog even duren, maar de technische mogelijkheden zijn er.”

Ondersteund door een exoskelet

De term exoskelet is afkomstig uit de wereld van de ongewervelde dieren, zoals insecten en weekdieren. Het uitwendige skelet is opgebouwd uit hard materiaal. Dat kan bestaan uit hoornachtige stoffen, zoals chitine, of calciumverbindingen. Het exoskelet van geleedpotigen bestaat uit afzonderlijke platen die samen een soort harnas vormen. Ze zijn met elkaar verbonden door flexibele gewrichten. Het exoskelet groeit niet met het dier mee. Na verloop van tijd moeten geleedpotigen een nieuw skelet aanmaken.

Hoewel de mens is uitgerust met een endoskelet, wordt er gewerkt aan de ontwikkeling van menselijke exoskeletten. In de eerste plaats voor werknemers die zwaar lichamelijk werk verrichten, onder meer in magazijnen. Het uitwendige skelet met robottechnologie moet lichamelijke klachten door overbelasting voorkomen. Parasonic en Lockheed Martin zijn op dit terrein actief. Twaalf partners uit zeven Europese landen, waaronder TNO, werken aan de ontwikkeling van de Robo-Mate, die volgens de belofte intelligentie combineert met eenvoud in de bediening.

Een terrein apart is de ontwikkeling van exoskeletten voor mensen met een lage dwarslaesie. De technische universiteiten van Delft en Twente ontwikkelden de MindWalker. Het ideaal was dat de gebruiker dit skelet kon aansturen met het eigen brein, dankzij een muts met elektroden die de hersenactiviteit registreren. In de praktijk treedt er buiten een gecontroleerde omgeving zonder bijzondere prikkels snel verstoring van de hersensignalen op.

ReWalk Robotics ontwikkelde het eerste commerciële exoskelet, bestuurbaar via een ‘horloge’. De prijs ligt op zo’n 80.000 dollar. Dit jaar presenteerde het Amerikaanse bedrijf SuitX de Phoenix, een exoskelet dat voor 40.000 dollar van eigenaar wisselt. Die lage prijs is te danken aan de eenvoud van dit exoskelet. Het bevat slechts twee motoren bij de heupen, die de op- en neerbeweging van het bovenbeen mogelijk maken. Het onderbeen kan vrij bewegen, de enkel is gefixeerd. Het exoskelet van SuitX weegt ruim 12 kilo, de aansturing gebeurt met krukken. De maximumsnelheid is een kleine 2 kilometer per uur. Om te voorkomen dat de gebruiker struikelt, is de zool uitgerust met sensoren. Zodra die weerstand voelen, stopt de loopbeweging.

Studenten van de TU Delft werken sinds een jaar aan de March. Die moet eenvoud in de bediening combineren met een grote mate van flexibiliteit. Het gestelde einddoel is volledige vervanging van de rolstoel door de March.

Eindelijk weer overeind

Door de val van haar paard liep Claudia Bosch-Commijs (46) twaalf jaar geleden een lage dwarslaesie op. Sindsdien is ze gebonden aan een rolstoel. Na drie maanden revalidatie in de Sint Maartenskliniek, waar ze haar echtgenoot Jack leerde kennen, probeerde ze het leven weer op te pakken. „Ik kan weer heel veel, maar lopen gaat niet meer.”

Via de revalidatiekliniek in Ubbergen kreeg ze een jaar geleden een exoskelet van ReWalk Robotics (zie kader) in bruikleen. „Mijn fysiotherapeut attendeerde me ook op Project March van de TU in Delft. Voor het exoskelet dat ze daar gingen ontwikkelen, zochten ze een piloot. Daarvoor vond hij mij wel een geschikt persoon.”

De betekenis van een exoskelet voor een dwarslaesiepatiënt valt volgens de inwoonster van het Brabantse Berghem niet te overschatten, zowel fysiek als sociaal. „Het is geweldig om mensen weer op ooghoogte te kunnen aankijken. Je wordt als rolstoelrijder niet altijd als minder gezien, maar je voelt je wel minder. Mensen kijken letterlijk op je neer.” In het begin ervoer ze het exoskelet als een hulpmiddel dat haar door de wereld droeg. Naarmate haar vertrouwen in het uitwendige skelet toenam en ze meer handigheid kreeg in de aansturing, groeide het gevoel zelf te lopen, zij het met ondersteuning van krukken. „Die heb je nodig om in balans te blijven.”

Ze wandelde uitsluitend onder begeleiding van een buddy. „Buiten de deur heb je te maken met ongelijke stoeptegels en wegen die iets aflopen.” Na een paar keer trainen met het exoskelet merkte ze dat haar rugpijn verdween, door het beweeglijker worden van de heupgewrichten. „Ook de zenuwpijnen namen snel af. Mijn doorbloeding werd veel beter, net als het functioneren van mijn blaas en darmen.”

Exoskeletten worden nog niet vergoed door de zorgverzekeraars. De werkneemster van Brocacef begon daarom een crowdfundingsactie. Er is intussen 20.000 euro binnen. „In principe wil ik een ReWalk, maar allerlei teams over de hele wereld werken aan nieuwe modellen. Misschien komt er een die voor mij nog geschikter is.” Daarnaast hoopt ze dat de zorgverzekeraars hun beleid herzien. „Een exoskelet kost veel, maar kan ook veel besparen. Een dwarslaesie geeft tal van lichamelijke bijeffecten. Die zijn voor een groot deel te voorkomen, door mensen te laten lopen.”

dreamordonate.nl/7863-claudia-loopt