Gewichtheffen is het domste wat je kan doen

br />
,,Naar een zo natuurlijk mogelijke hand- of armprothese, dat is wat ik tijdens mijn promotieonderzoek in mijn achterhoofd had”, vertelt Just Herder van de sectie mens-machinesystemen. ,,Zo eentje die uiteindelijk echt je eigen hand wordt, of arm.” Herder is zojuist cum laude gepromoveerd op de theorie en het ontwerp van statisch gebalanceerde mechanismen. Mechanismen die we dagelijks zien, maar zo gewoon zijn dat ze niet opvallen. Zoals een bureaulamp, of de motorkap van een auto. Een motorkap til je gemakkelijk op, terwijl je toch een hele plaat staal tilt, dankzij de slimme verdeling van de potentiële energie. ,,Maar de toepassing en mogelijkheden van deze mechanismen voor de revalidatietechniek zijn echt de motivatie geweest voor dit onderzoek”, aldus Herder.

Op zijn kamer staan talloze tierelantijntjes, tenminste zo lijkt het op het eerste gezicht. Bij nadere inspectie blijkt dat het om constructies gaat met gewichten en veren. Bijvoorbeeld de twee vingers die model staan voor een hand. In de muis van de hand zit een veer die de wijsvinger met het midden van de duim verbindt. Deze simuleert de tegenwerking van de cosmetische handschoen, die om het mechanisme van een handprothese zit. In het mechanisme zit nog een tweede veer verwerkt, de compensatieveer. ,,De veren zijn altijd met elkaar in evenwicht”, legt de onderzoeker uit. ,,Als de hand opengaat, wordt de ene handschoenveer uitgerekt, terwijl de andere ontspant. Precies zodanig dat ze energie uitwisselen. Op deze manier hoeft iemand met een handprothese nauwelijks energie te stoppen in het bewegen van zijn vingers. Een klein zetje en het werkt als vanzelf. Zelfs jonge kinderen openen hun kunsthand goed.”

De gebalanceerde systemen waar Herder aan werkte, blijken perfect om krachten kwijt te raken die je niet wilt. ,,Veel huidige prothesen laten de handschoen werken met een elektromotor. De patiënt moet echter de hele dag een accu meesjouwen en een relatief zware motor. Die wegen samen bijna een halve kilo, terwijl je die hand niet vaak gebruikt. Immers, de patiënten zijn gewend om de andere hand te gebruiken en kunnen daar bijna alles mee.”

Wip

De oude Grieken waren al bekend met statisch gebalanceerde systemen. In hun klassieke theaters wisten ze tijdens het toneelspel goden of mirakels van bovenaf in één klap op het podium te lanceren. Hiervoor gebruikten ze een mechane, een apparaat dat lijkt op een wip. Het publiek was totaal verrast.

Lang was het een mysterie hoe de Grieken dit voor elkaar kregen. Ze deden dit met een contragewicht. De god – toneelspeler – werd aan de ene kant van de wip geplaatst. Aan de andere kant hing zijn gewicht in de vorm van een steen. Met touwen kon zelfs een schriel mannetje heel makkelijk de mechane laten bewegen.

In alle eenvoud omvat de mechane alle facetten van statisch gebalanceerde systemen.

Het tegengewicht balanceert met de toneelspeler, maar een veer kan dit ook en is aanmerkelijk lichter. Daar waar lichtgewicht en makkelijke bediening belangrijk zijn, zoals bij prothesen, bieden statische gebalanceerde systemen een uitkomst.

De armondersteuning voor mensen met spierziekten is een ander voorbeeld van zo’n statisch gebalanceerd systeem waar Herder en zijn studenten aan werken. Veren vangen het eigen gewicht van de arm van de patiënt op. Herders promotor, prof.ir. Jan Cool, paste het principe van gewichtscompensatie door veren eerder toe in een geavanceerde elleboogprothese voor mensen met verlammingen.

Lasrobot

De beweging van de bovenarm stuurt de beweging van de elleboogprothese. Als de naar beneden hangende arm zijdelings iets van het lichaam wordt bewogen, reduceert dat de invloed van zwaartekracht op de voorarm. De onderarm is nu overgecompenseerd en beweegt automatisch, totdat deze in een hoek van negentig graden in automatisch slot valt. Tilt de patiënt de arm weer wat op, dan valt het sluitingsmechanisme weg en hangt de arm weer.

Aan de kast van Herder hangt een gebalanceerde armondersteuning, een net even geavanceerder model dan de elleboogsconstructie. In januari volgend jaar begint de eerste fabricage van dit ontwerp. Misschien vinden zijn theorieën en ontwerpen ook wel een andere industrie. ,,Lasrobots verbruiken veel stroom om te lassen, zelfs wanneer ze niets doen, omdat dan hun lasarm omhoog gehouden moet worden. Met een simpele constructie, zoiets als in de armondersteuning, omzeil je het probleem en dat scheelt weer een hoop energieverspilling”, denkt de onderzoeker. ,,Of het nu om robots gaat of mensen, gewichtheffen is het domste wat je kunt doen.”

Sommige soorten spierziekten zijn zo ernstig dat de getroffenen niet voldoende kracht hebben om hun armen te tillen. Met een ingenieus en licht systeem van twee enkele spiraalveren kan dat straks weer wel.

,,Naar een zo natuurlijk mogelijke hand- of armprothese, dat is wat ik tijdens mijn promotieonderzoek in mijn achterhoofd had”, vertelt Just Herder van de sectie mens-machinesystemen. ,,Zo eentje die uiteindelijk echt je eigen hand wordt, of arm.” Herder is zojuist cum laude gepromoveerd op de theorie en het ontwerp van statisch gebalanceerde mechanismen. Mechanismen die we dagelijks zien, maar zo gewoon zijn dat ze niet opvallen. Zoals een bureaulamp, of de motorkap van een auto. Een motorkap til je gemakkelijk op, terwijl je toch een hele plaat staal tilt, dankzij de slimme verdeling van de potentiële energie. ,,Maar de toepassing en mogelijkheden van deze mechanismen voor de revalidatietechniek zijn echt de motivatie geweest voor dit onderzoek”, aldus Herder.

Op zijn kamer staan talloze tierelantijntjes, tenminste zo lijkt het op het eerste gezicht. Bij nadere inspectie blijkt dat het om constructies gaat met gewichten en veren. Bijvoorbeeld de twee vingers die model staan voor een hand. In de muis van de hand zit een veer die de wijsvinger met het midden van de duim verbindt. Deze simuleert de tegenwerking van de cosmetische handschoen, die om het mechanisme van een handprothese zit. In het mechanisme zit nog een tweede veer verwerkt, de compensatieveer. ,,De veren zijn altijd met elkaar in evenwicht”, legt de onderzoeker uit. ,,Als de hand opengaat, wordt de ene handschoenveer uitgerekt, terwijl de andere ontspant. Precies zodanig dat ze energie uitwisselen. Op deze manier hoeft iemand met een handprothese nauwelijks energie te stoppen in het bewegen van zijn vingers. Een klein zetje en het werkt als vanzelf. Zelfs jonge kinderen openen hun kunsthand goed.”

De gebalanceerde systemen waar Herder aan werkte, blijken perfect om krachten kwijt te raken die je niet wilt. ,,Veel huidige prothesen laten de handschoen werken met een elektromotor. De patiënt moet echter de hele dag een accu meesjouwen en een relatief zware motor. Die wegen samen bijna een halve kilo, terwijl je die hand niet vaak gebruikt. Immers, de patiënten zijn gewend om de andere hand te gebruiken en kunnen daar bijna alles mee.”

Wip

De oude Grieken waren al bekend met statisch gebalanceerde systemen. In hun klassieke theaters wisten ze tijdens het toneelspel goden of mirakels van bovenaf in één klap op het podium te lanceren. Hiervoor gebruikten ze een mechane, een apparaat dat lijkt op een wip. Het publiek was totaal verrast.

Lang was het een mysterie hoe de Grieken dit voor elkaar kregen. Ze deden dit met een contragewicht. De god – toneelspeler – werd aan de ene kant van de wip geplaatst. Aan de andere kant hing zijn gewicht in de vorm van een steen. Met touwen kon zelfs een schriel mannetje heel makkelijk de mechane laten bewegen.

In alle eenvoud omvat de mechane alle facetten van statisch gebalanceerde systemen.

Het tegengewicht balanceert met de toneelspeler, maar een veer kan dit ook en is aanmerkelijk lichter. Daar waar lichtgewicht en makkelijke bediening belangrijk zijn, zoals bij prothesen, bieden statische gebalanceerde systemen een uitkomst.

De armondersteuning voor mensen met spierziekten is een ander voorbeeld van zo’n statisch gebalanceerd systeem waar Herder en zijn studenten aan werken. Veren vangen het eigen gewicht van de arm van de patiënt op. Herders promotor, prof.ir. Jan Cool, paste het principe van gewichtscompensatie door veren eerder toe in een geavanceerde elleboogprothese voor mensen met verlammingen.

Lasrobot

De beweging van de bovenarm stuurt de beweging van de elleboogprothese. Als de naar beneden hangende arm zijdelings iets van het lichaam wordt bewogen, reduceert dat de invloed van zwaartekracht op de voorarm. De onderarm is nu overgecompenseerd en beweegt automatisch, totdat deze in een hoek van negentig graden in automatisch slot valt. Tilt de patiënt de arm weer wat op, dan valt het sluitingsmechanisme weg en hangt de arm weer.

Aan de kast van Herder hangt een gebalanceerde armondersteuning, een net even geavanceerder model dan de elleboogsconstructie. In januari volgend jaar begint de eerste fabricage van dit ontwerp. Misschien vinden zijn theorieën en ontwerpen ook wel een andere industrie. ,,Lasrobots verbruiken veel stroom om te lassen, zelfs wanneer ze niets doen, omdat dan hun lasarm omhoog gehouden moet worden. Met een simpele constructie, zoiets als in de armondersteuning, omzeil je het probleem en dat scheelt weer een hoop energieverspilling”, denkt de onderzoeker. ,,Of het nu om robots gaat of mensen, gewichtheffen is het domste wat je kunt doen.”