Zandkasteelbestendige handprothese

Geen investeerder die zich er druk om maakt.

De markt voor hand- en armprothesen is erg klein. In Nederland zijn zo’n 3750 mensen van een hulpmiddel afhankelijk. Een ‘resultaat’ van gemiddeld zestig ongevallen per jaar, en jaarlijks ongeveer achttien kinderen die met een armdefect worden geboren. ,,Zo’n relatief klein aantal mensen dat op een prothese wacht is voor investeerders niet interessant”, vertelt Dick Plettenburg van de sectie mens-machine systemen, die een kunsthand ontwikkelde voor kinderen. ,,Investeerders zijn er dus niet.”

Plettenburg ontwierp en testte een kinderhand die wordt bekrachtigd door een pneumatische motor, terwijl de tegenwoordige prothesen bijna allemaal een elektromotor hebben. ,,Vanuit de revalidatieklinieken waarmee we samenwerken, kwamen veel klachten over de elektrisch aangestuurde prothese. Cliënten vinden haar te groot, te zwaar en te traag. Een snoepje pakken duurt tweeëneenhalve seconde. Voor kinderen is zo’n prothese helemaal een ellende. Eén keer in de zandbak of in het water en hij is kapot.”

Stopcontact

De prothese met een pneumatische motor is een oude bekende. Kinderen kunnen met deze door gas aangedreven prothese wel zandkastelen bouwen en in pierebadjes plenzen, maar het ding heeft andere nadelen. ,,Voor een kindje is een luchtcilinder en een gasflesje met een reduceerventiel een zware ballast. Daarnaast zijn die flesjes, gevuld met koolstofdioxide, vaak halverwege de dag al leeg.”

Toen vervolgens de oplaadbare batterij in de jaren zeventig zijn intrede deed, waren er niet veel mensen meer geïnteresseerd in de pneumatisch bekrachtigde handprothese. ,,Je kon nu de batterij van je prothese opladen aan het stopcontact en was niet meer afhankelijk van Van Gend & Loos voor de dagelijkse bestelling gasflesjes.”

Uitgangspunt van Plettenburgs onderzoek was een lichte en snelle pneumatisch aangestuurde hand met twee functies: grijpen en knijpen. Eentje die zo weinig gas verbruikt dat een commercieel verkrijgbaar gasflesje voldoende is voor een hele dag.

,,Een pneumatische motor bestaat uit een cilinder met daarin een prop, de zuiger. Het gas duwt tegen de zuiger die zo een last verstelt. Om wrijvingsverliezen klein te houden, mag het gas niet om de zuiger heen. Daarom hebben we volgens speciaal ontwikkelde voorschriften O-ringen ingebouwd. Hiermee wordt de zuiger tegen de cilinderwand afgedicht en is het wrijvingsverlies klein.”

Op basis van literatuuronderzoek bepaalde Plettenburg een optimale verhouding tussen de druk in de prothese, de grootte van de zuiger, het volume van de hand en de dichtheid van het gas. ,,Drie voorgangers hadden al eerder een optimum bepaald, maar zonderonderbouwing. Mijn theoretische beschouwing komt overeen met de literatuur.”

Goedgekeurd

Toen Plettenburg op papier alle voordelen had berekend en uitgekiend, liet hij bij de instrumentmakerij van zijn sectie een prototype maken. In de duim zit een schakelaar die wordt ingedrukt als de gebruiker een voorwerp aanraakt. Op dat moment schakelt een mechanisme automatisch om naar de knijpfase, waarin een knijpveer een kracht uitoefent tussen duim en vingers, en een voorwerp wordt opgepakt. Een vergrendelmechanisme houdt alles op zijn plaats. Om de hand te openen wordt de knijpmotor aan het werk gezet, die de werking van de knijpveer opheft. Dan ontgrendelt het vergrendelmechanisme en opent de hand door het aanzetten van de grijpmotor. Om de hand weer te dichten wordt eerst de grijpmotor gestopt, waarna alles weer in omgekeerde volgorde gebeurt.

De prothesehand van Plettenburg is goedgekeurd in het laboratorium; na 77 duizend keer grijpen en knijpen werkt de hand nog goed. Het eerste type kan nog niet alle vingers apart bewegen. ,,We zijn zo simpel mogelijk begonnen. Het is niet echt nodig voor een functionele handprothese om alle vingers onafhankelijk van elkaar te bewegen, maar dat is wel een volgende stap.”

Plettenburg heeft al een tweede versie van zijn model op tafel liggen. ,,Dit handje heeft een frame van vezelversterkte kunststof en weegt 60 gram. Terwijl de lichtste elektronische prothese 130 gram weegt. Ik hoop dat in het voorjaar van 2003 het eerste kindje ermee loopt. Maar dan ben ik heel erg optimistisch hoor. Ik moet deze eerst maar eens goed in huis testen. Ik wil zeker weten dat de hand goed werkt.”

Plettenburg begon zijn promotieonderzoek in 1983, maar werd tweeëneenhalf jaar later universitair docent. Zijn onderzoek belandde in de kast. Toch is het inmiddels allerminst verouderd. Plettenburg is niet bang dat anderen hem voorbijstreven. ,,Ach, in dit wereldje gebeurt niet zoveel. Er is nog een groep in Duitsland actief. Zij moeten nog veel werk verzetten. Hun website laat een mooie prothese zien. Totdat je ziet hoe groot de kast is die de prothese, achter de schermen, aanstuurt.”

Terwijl wetenschappelijke ontdekkingen elkaar vliegensvlug opvolgen, gaan in de prothese-industrie de ontwikkelingen wat langzamer. Daar kun je onderzoek gerust vijftien jaar in de kast laten liggen. Geen investeerder die zich er druk om maakt.

De markt voor hand- en armprothesen is erg klein. In Nederland zijn zo’n 3750 mensen van een hulpmiddel afhankelijk. Een ‘resultaat’ van gemiddeld zestig ongevallen per jaar, en jaarlijks ongeveer achttien kinderen die met een armdefect worden geboren. ,,Zo’n relatief klein aantal mensen dat op een prothese wacht is voor investeerders niet interessant”, vertelt Dick Plettenburg van de sectie mens-machine systemen, die een kunsthand ontwikkelde voor kinderen. ,,Investeerders zijn er dus niet.”

Plettenburg ontwierp en testte een kinderhand die wordt bekrachtigd door een pneumatische motor, terwijl de tegenwoordige prothesen bijna allemaal een elektromotor hebben. ,,Vanuit de revalidatieklinieken waarmee we samenwerken, kwamen veel klachten over de elektrisch aangestuurde prothese. Cliënten vinden haar te groot, te zwaar en te traag. Een snoepje pakken duurt tweeëneenhalve seconde. Voor kinderen is zo’n prothese helemaal een ellende. Eén keer in de zandbak of in het water en hij is kapot.”

Stopcontact

De prothese met een pneumatische motor is een oude bekende. Kinderen kunnen met deze door gas aangedreven prothese wel zandkastelen bouwen en in pierebadjes plenzen, maar het ding heeft andere nadelen. ,,Voor een kindje is een luchtcilinder en een gasflesje met een reduceerventiel een zware ballast. Daarnaast zijn die flesjes, gevuld met koolstofdioxide, vaak halverwege de dag al leeg.”

Toen vervolgens de oplaadbare batterij in de jaren zeventig zijn intrede deed, waren er niet veel mensen meer geïnteresseerd in de pneumatisch bekrachtigde handprothese. ,,Je kon nu de batterij van je prothese opladen aan het stopcontact en was niet meer afhankelijk van Van Gend & Loos voor de dagelijkse bestelling gasflesjes.”

Uitgangspunt van Plettenburgs onderzoek was een lichte en snelle pneumatisch aangestuurde hand met twee functies: grijpen en knijpen. Eentje die zo weinig gas verbruikt dat een commercieel verkrijgbaar gasflesje voldoende is voor een hele dag.

,,Een pneumatische motor bestaat uit een cilinder met daarin een prop, de zuiger. Het gas duwt tegen de zuiger die zo een last verstelt. Om wrijvingsverliezen klein te houden, mag het gas niet om de zuiger heen. Daarom hebben we volgens speciaal ontwikkelde voorschriften O-ringen ingebouwd. Hiermee wordt de zuiger tegen de cilinderwand afgedicht en is het wrijvingsverlies klein.”

Op basis van literatuuronderzoek bepaalde Plettenburg een optimale verhouding tussen de druk in de prothese, de grootte van de zuiger, het volume van de hand en de dichtheid van het gas. ,,Drie voorgangers hadden al eerder een optimum bepaald, maar zonderonderbouwing. Mijn theoretische beschouwing komt overeen met de literatuur.”

Goedgekeurd

Toen Plettenburg op papier alle voordelen had berekend en uitgekiend, liet hij bij de instrumentmakerij van zijn sectie een prototype maken. In de duim zit een schakelaar die wordt ingedrukt als de gebruiker een voorwerp aanraakt. Op dat moment schakelt een mechanisme automatisch om naar de knijpfase, waarin een knijpveer een kracht uitoefent tussen duim en vingers, en een voorwerp wordt opgepakt. Een vergrendelmechanisme houdt alles op zijn plaats. Om de hand te openen wordt de knijpmotor aan het werk gezet, die de werking van de knijpveer opheft. Dan ontgrendelt het vergrendelmechanisme en opent de hand door het aanzetten van de grijpmotor. Om de hand weer te dichten wordt eerst de grijpmotor gestopt, waarna alles weer in omgekeerde volgorde gebeurt.

De prothesehand van Plettenburg is goedgekeurd in het laboratorium; na 77 duizend keer grijpen en knijpen werkt de hand nog goed. Het eerste type kan nog niet alle vingers apart bewegen. ,,We zijn zo simpel mogelijk begonnen. Het is niet echt nodig voor een functionele handprothese om alle vingers onafhankelijk van elkaar te bewegen, maar dat is wel een volgende stap.”

Plettenburg heeft al een tweede versie van zijn model op tafel liggen. ,,Dit handje heeft een frame van vezelversterkte kunststof en weegt 60 gram. Terwijl de lichtste elektronische prothese 130 gram weegt. Ik hoop dat in het voorjaar van 2003 het eerste kindje ermee loopt. Maar dan ben ik heel erg optimistisch hoor. Ik moet deze eerst maar eens goed in huis testen. Ik wil zeker weten dat de hand goed werkt.”

Plettenburg begon zijn promotieonderzoek in 1983, maar werd tweeëneenhalf jaar later universitair docent. Zijn onderzoek belandde in de kast. Toch is het inmiddels allerminst verouderd. Plettenburg is niet bang dat anderen hem voorbijstreven. ,,Ach, in dit wereldje gebeurt niet zoveel. Er is nog een groep in Duitsland actief. Zij moeten nog veel werk verzetten. Hun website laat een mooie prothese zien. Totdat je ziet hoe groot de kast is die de prothese, achter de schermen, aanstuurt.”