Een zelflerende exoskelet-laars waarmee je sneller kunt lopen en toch minder energie verbruikt, kan ouderen en mensen met een handicap mobiel houden.
Bestaande exoskeletten hebben de sprong naar toepassing in de echte wereld nooit gemaakt omdat ze heel precies moeten worden afgestemd op het looppatroon van de drager. Dat vergt veel tijd en deskundigheid. Als ze niet goed worden afgesteld, is de verbetering minimaal of kunnen ze het lopen zelfs bemoeilijken.
’Anders dan wat je in stripboeken en superheldenfilms ziet, zijn exoskeletten echt heel lastig om te maken’, zegt werktuigbouwkundige Steve Collins van Stanford-universiteit in Californië. Het op maat maken van een exoskeletlaars voor een individu is een langdurig karwei. De drager moet vijf dagen achter elkaar naar het lab komen om twee uur op een loopband te lopen. Daarbij moet hij of zij een ongemakkelijk ademhalingsapparaat en sensoren dragen om de in- en uitgeademde lucht te meten, om het energieverbruik door het lichaam bij te houden.
‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’
Medisch bioloog Yvette van Kooyk wil het immuunsysteem leren kankercellen aan te vallen door hun suikerjas-vermomming weg te knippen.
Gewoon buiten lopen
De onderzoekers hebben nu een computermodel ontworpen dat een deel van dit werk overneemt. Op basis van de meetgegevens van 3.600 eerdere laboratoriumtests, achterhaalde het model hoe het energieverbruik kan worden benaderd door alleen te kijken naar de metingen van de sensoren van het exoskelet. Dit betekent dat de drager gewoon kan beginnen te lopen met de exoskelet-laars. Tijdens het lopen kan de laars verder worden afgesteld. Dat hoeft dus niet meer op een loopband in een laboratorium te gebeuren.
De methode haalde meer dan 95 procent van de efficiëntie van de laboratoriumaanpak, in een kwart van de tijd en zonder de noodzaak van dure gespecialiseerde ademhalingsapparatuur. Collins zegt dat dit onderzoek exoskeletten eindelijk praktisch en betaalbaar kan maken.
Rugzak van 9,2 kilo
De exoskelet-laarzen die bij de proeven werden gebruikt, zijn van aluminium en koolstofvezel. Ze hebben een motor die aan een hefboom trekt, om de enkel te helpen met draaien, en om harder af te zetten met de tenen.
Het team stelde vast dat het apparaat, als het buiten een laboratorium werd gebruikt, leidde tot een toename van de loopsnelheid met 9 procent. Bij natuurlijk lopen verminderde de laarzen het energieverbruik met 17 procent. De onderzoekers berekenen dat deze energiebesparing ongeveer overeenkomt met het verwijderen van een rugzak van 9,2 kilogram.
‘Toen ik hiermee twaalf jaar geleden als kersverse hoogleraar begon, had niemand ooit een apparaat ontworpen dat het lopen voor iemand gemakkelijker maakt’, zegt Collins. ‘Alles wat we probeerden maakte het juist moeilijker. Maar ik denk dat we er nu eindelijk zijn. Ik denk dat we in de komende jaren producten gaan zien die het leven van mensen daadwerkelijk verbeteren, op basis van dit onderzoek.’
Voortdurend geoptimaliseerd
Collins zegt dat de benaderingsaanpak niet alleen sneller en goedkoper is, maar ook voortdurend wordt bijgewerkt. Laboratoriumtests bieden wellicht een nauwkeurigere oplossing, maar die kan na verloop van tijd minder geschikt worden. ‘Deze dingen kunnen tijdens het lopen voortdurend worden geoptimaliseerd naar je behoeften’, zegt hij. ‘Je lichaam verandert langzaam, spieren passen zich aan, je gewoonten veranderen, je komt aan of verliest gewicht. De optimale hulp zal in de loop van de tijd dus ook langzaam veranderen.’
