Lopen door te denken

Hersensignalen richting onze beenspieren zorgen ervoor dat we kunnen lopen. Maar zou je door te denken aan lopen ook een stel robotbenen kunnen aansturen? Herman van der Kooij, UHD in de vakgroep biomedische werktuigbouwkunde (Mira), onderzoekt in een groot Europees project of dit mogelijk is. De komende drie jaar hoopt hij aan te tonen dat verlamde mensen weer kunnen lopen met behulp van een exoskelet.

Herman van der Kooij met de eerste versie van een exoskelet, ontwikkeld door afstudeerder Wietse van Dijk. (Foto: Gijs van Ouwerkerk)

Met de zogenaamde mindwalker, zoals het robotpak al is gedoopt, kunnen mensen die door een dwarslaesie verlamd zijn geraakt weer lopen. Het pak, een exoskelet (een soort beenbeugel), moet worden aangestuurd door hersensignalen. Een helm met elektroden neemt de hersengolven op en stuurt die naar de robotbenen, die ze weer vertalen in natuurlijke loopbewegingen.

De vakgroep biomedische werktuigbouwkunde werkt in dit project samen met de TU Delft, waar Van der Kooij ook een dag in de week werkt. Andere deelnemers zijn onder andere de Université Libre de Bruxelles en commerciële partners. De Europese Unie kende er deze maand een onderzoekssubsidie van zo'n 3,5 miljoen euro aan toe. Aan de UT wordt een promovendus, die nog aangetrokken moet worden, op het project gezet. Samen met een Delftse promovendus werkt deze aan het exoskelet. Het bedrijf ANT, een UT-spin-off, ontwikkelt de helm.

De mindwalker is iets anders dan de UT-therapierobot Lopes, waar patiënten als het ware in gehangen worden en die de spieren traint om loopbewegingen te maken. `Dit moet echt een pak worden dat je aan kunt trekken en dat je aanstuurt met je hersenen', aldus Van der Kooij.

Er bestaan ook andere brain computer interfaces (BCI), waarmee verlamde mensen bijvoorbeeld een rolstoel besturen. Maar de aansturing van die systemen kost de patiënt volgens Van der Kooij veel aandacht. `Voor de mindwalker willen we een BCI waarvoor je je minder hoeft te concentreren. Ons systeem moet bovendien complexer zijn. Een rolstoel gaat vooruit, achteruit en opzij. Lopen is ingewikkelder, omdat je veel meer vrijheidsgraden tegelijkertijd moet aansturen.'

De onderzoekers proberen een zo licht mogelijk pak te maken, het liefst een dat je onder je kleren kunt dragen. `Dat is ons ideaal. We hebben patiënten gevraagd of ze het erg zouden vinden als het pak groter uitvalt. Dat vindt een aantal ook acceptabel. Voor sommige patiënten is kunnen staan en lopen al een grote vooruitgang ten opzichte van een rolstoel.'

Het exoskelet moet echter geen energieverslinder worden, vindt Van der Kooij. `Mensen kunnen op een boterham een paar uur lopen, maar bestaande robotpakken zetten met dezelfde hoeveelheid energie hoogstens een paar stappen.' Er bestaan exoskeletten waarbij de drager een complete rugzak moet meetorsen om de robot van voldoende energie te voorzien.

De grote vraag in het onderzoek is of het inderdaad mogelijk blijkt met hersengolven, dus door aan lopen te denken, een robotpak aan te sturen. Verlamde mensen kunnen namelijk niet alleen hun spieren niet aansturen, ze voelen bijvoorbeeld ook geen verschil in ondergrond en voelen evenmin hoe hun benen bewegen. Daarom richt Van der Kooij zich niet alleen op het mechanisch ontwerp van het exoskelet, maar onderzoekt hij ook welke intelligente software erin geïmplementeerd kan worden. Die software zou een gedeelte van de aansturing kunnen overnemen van de mens. `In eerste instantie willen we gewone loopbewegingen maken op een vlakke vloer, maar als dat lukt, kijken we ook of het systeem zich kan herstellen als de drager dreigt te struikelen.'

Over drie jaar hopen Van der Kooij en zijn collega's van de partnerinstellingen een werkend systeem te hebben. In Italië zal de mindwalker dan getest worden op mensen die een dwarslaesie hebben gehad. De vraag is of dat binnen die drie jaar lukt. Vooral op het gebied van de brain computer interfaces wachten de onderzoekers nog grote uitdagingen, denkt Van der Kooij.

Of het robotpak de markt op gaat, hangt af van andere partijen zoals investeerders, industrie en verzekeraars, aldus de onderzoeker. Hij benadrukt: `Wij doen niet aan productontwikkeling. Dit is een ambitieus onderzoeksproject waarin we willen aantonen dat je met hersengolven robotbenen kunt aansturen.'