Een exoskelet dat zelfstandig in balans blijft, zonder krukken kan lopen en zelfs reageert op hersengolven. Dat is wat studenten van Project MARCH XI van de TU Delft deze week presenteerden. Hun nieuwste prototype laat zien hoe software en kunstmatige intelligentie een belangrijke stap kunnen zetten richting meer zelfstandigheid voor mensen met een dwarslaesie.
Tijdens de eindpresentatie demonstreerde piloot Daan van der Heyden hoe hij met het exoskelet door een museum loopt zonder krukken en met beide handen vrij. Dat klinkt misschien als een detail, maar voor iemand met een dwarslaesie betekent het een fundamenteel andere manier van bewegen. Niet langer draait alle aandacht om het bewaren van het evenwicht, waardoor er ruimte ontstaat om zich op de omgeving te richten.
Wereldprimeur in de aansturing
De grootste vernieuwing zit niet in de mechanica, maar in de software. Voor het eerst is een techniek genaamd Generative Predictive Control (GPC) toegepast in een werkend exoskelet. Het algoritme, ontwikkeld door onderzoeker Vince Kurtz van NVIDIA en Caltech, genereert continu nieuwe loopbewegingen en past die tijdens het lopen direct aan op basis van gegevens uit sensoren.
Bij eerdere generaties exoskeletten werden looppatronen vooraf geprogrammeerd en achteraf verfijnd in een simulatie. Het nieuwe systeem neemt tijdens iedere stap beslissingen. Daardoor kan het exoskelet zich voortdurend aanpassen aan de situatie van de gebruiker, wat het lopen vloeiender en stabieler maakt.
De Delftse studenten trainden hiervoor zelf een neuraal netwerk met simulatiegegevens, waarna de software werd geïntegreerd in het exoskelet. Volgens Kurtz is juist die stap bijzonder, omdat het vertalen van een theoretisch model naar een veilig werkend systeem in de praktijk technisch zeer complex is.
Lopen door alleen aan beweging te denken
Een tweede opvallende demonstratie liet zien dat het exoskelet ook kan worden gestart met hersengolven. Daan draagt daarbij een EEG cap die elektrische activiteit van de hersenen meet. Door bewust aan een bepaalde loopbeweging te denken ontstaat een herkenbaar patroon dat door de software wordt geïnterpreteerd als startsignaal.
Er zijn geen knoppen of gesproken opdrachten nodig. Pas nadat het systeem het signaal heeft gecontroleerd en aan de ingebouwde veiligheidsvoorwaarden voldoet, zet het exoskelet de eerste stap.
Tijdens de live presentatie lag de nadruk vooral op het zelfstandig balanceren. De bediening via EEG vergde tijdens de tests zoveel concentratie dat deze in een aparte demonstratievideo werd getoond.
Minder inspanning, meer vrijheid
Volgens Daan is vooral het ontbreken van krukken een grote vooruitgang. “Het is fysiek een stuk minder zwaar. Met krukken moest ik me constant concentreren op het exoskelet zelf. Nu kan ik met andere dingen bezig zijn. En je handen vrij hebben klinkt klein, maar dat is het niet. Dit is het dichtst bij natuurlijk lopen dat ik ooit ben geweest.”
Ook het aantrekken van het exoskelet is sterk vereenvoudigd. Waar eerdere versies door meerdere begeleiders om de gebruiker heen moesten worden getild, kan Daan het systeem nu grotendeels zelfstandig aantrekken. Alleen het vastmaken van de onderbenen gebeurt nog met hulp van één begeleider.
Een museum op ooghoogte
Om de mogelijkheden van het exoskelet in een alledaagse situatie te laten zien, namen de studenten een video op in Rijksmuseum Boerhaave. Daar loopt Daan langs de tentoonstellingen en bekijkt hij objecten staand, op dezelfde ooghoogte als andere bezoekers. Dat was precies het uitgangspunt waarmee Project MARCH XI een jaar geleden begon. Niet alleen laten zien dat iemand kan lopen, maar dat hij ook zelfstandiger kan deelnemen aan dagelijkse activiteiten.
“Independence through balance. We wilden laten zien dat de piloot niet alleen kan lopen, maar de hele museumervaring zo zelfstandig mogelijk kan beleven. Dat is gelukt”, zegt Operations Manager Roos Plaum.
Van studentenproject naar medische technologie
Project MARCH is een van de zogeheten Dream Teams van de TU Delft. Elk jaar bouwt een nieuw team studenten een volgende generatie exoskelet, waarbij nauw wordt samengewerkt met mensen met een dwarslaesie. Die praktijkervaring speelt een belangrijke rol bij het ontwerp, omdat niet alleen de techniek telt, maar ook zaken als comfort, gebruiksgemak en zelfstandigheid.
Hoewel het systeem nog geen commercieel medisch hulpmiddel is, sluiten de ontwikkelingen aan bij een bredere trend in de revalidatietechnologie. Dankzij steeds krachtigere sensoren, slimmere regelalgoritmen en nieuwe toepassingen van kunstmatige intelligentie worden exoskeletten steeds beter in staat om zich aan te passen aan de gebruiker. Dat maakt de stap van laboratorium naar dagelijks gebruik ieder jaar een stukje kleiner.
