Een nieuwe verbetering van de mens: een evenwichts rugzak

Hoe kan de wetenschap het menselijk lichaam verbeteren met robotica? Die science-fictionachtige vraag stond centraal op het KNAW-webinar ‘De Maakbare Mens’. Een van de sprekers was Heike Vallery, de Delftse hoogleraar human motor augmentation (faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen/3mE). 

Vallery en haar onderzoeksteam van de 3mE-afdeling biomechanical engineering ontwikkelen een nieuw mobiliteitshulpmiddel dat de balans kan stabiliseren. Bestaande hulpmiddelen als wandelstokken of krukken hebben de neiging om de lichaamshouding te veranderen en de bewegingsvrijheid van de handen te beperken. Ondertussen nemen meer gevorderde hulpmiddelen zoals mobiele systemen voor ondersteuning van het lichaamsgewicht veel ruimte in beslag en zijn ze onhandig.

Zo ontstond het idee voor een hulpmiddel in de vorm van een rugzak. Sommige therapeuten gebruiken soortgelijke hulpmiddelen, waarbij een kabelrobot aan een rugzak wordt bevestigd. Dit werkt alleen binnenshuis, omdat de kabels aan het plafond moeten worden bevestigd. De truc om een dergelijke rugzak vrij draagbaar te maken, zit in het gyroscopisch effect. Enter de fidget spinner, de speelgoedrage uit 2017.

^{De assenvergelijking tussen de statische en de draaiende fidget spinner. Wanneer de draaiende spinner wordt gekanteld, staat zijn as even scheef tot hij zich weer aanpast. (Bron: Technicality video, YouTube)}

Wie speelt met een fidget spinner kan het gyroscopisch effect eenvoudig waarnemen. “Als je een fidget spinner snel ronddraait en hem dan probeert te kantelen naar een andere as, zul je zien dat hij heen en weer begint te bewegen. Als je hem dwingt te kantelen, werkt dat niet en dan voel je de krachtkoppelingen die de rotatie beïnvloeden”, legde Vallery tijdens het webinar uit. Zij stelt voor om grote fidget spinners op de rugzak te installeren. Daar kunnen ze de balans bijstellen door het gyroscopisch effect dat ontstaat wanneer de gebruiker dreigt te vallen.

^{De illustratie van het gyroscopisch effect van de rugzak. Wanneer de persoon dreigt te valt, zet de kracht de draaiende apparaten in werking om het gyroscopische effect te produceren, aangegeven door de rode pijl. (Bron: TU Delft Gyroscopic Balance Assistance Research Group)}

Vallery’s team deed experimenten waarbij proefpersonen over een dunne balk boven de grond liepen. Zij deden dat onder drie omstandigheden: zonder het door hen ontworpen apparaat, met een inactief en met een actief apparaat. Ze testten dit met mensen met een motorische beperking als gevolg van een beroerte en met gezonde mensen. “Iedereen – zowel degenen die een beroerte hadden gehad als degenen die dat niet hadden – was in staat om gedurende lange tijd in evenwicht te blijven”, vertelde de hoogleraar.

Het gyroscopisch effect kan dus het menselijk evenwicht beïnvloeden, zodat het mogelijk te gebruiken is in onderzoek naar evenwichtsstabilisatie. Vallery en haar team werken nu aan een handigere versie van het hulpmiddel, door de roterende gyroscopen lichter en kleiner te maken. Zij houden ook rekening met de batterijcapaciteit en de aanpassing die het apparaat vergt van de gebruiker.

Komt de rugzak daarna op de markt? Vallery stond tijdens het webinar open voor de suggestie: “We hopen samen te werken met commerciële bedrijven, misschien een spin-off of een groter bedrijf. Dit soort technologie is alleen heel anders en ingewikkelder dan ‘normale’ producten. Dat maakt het een kleine uitdaging om een bedrijf te overtuigen om te investeren.”

• Je kunt het webinar ‘De Maakbare Mens’ hier terugkijken.
• Meer informatie over de Gyroscopic Balance Assistance Research Group is hier te vinden. Een uitgebreide uitleg over de rugzak staat hier.
• Lees Delta’s eerdere interview met prof. Heike Vallery over een eenvoudig en toegankelijk evenwichtshulpmiddel.

Rayan Suryadikara / Science Desk Intern