Nog niet zo lang geleden konden kinderen met een zeldzame neurologische aandoening voor het eerst lopen dankzij een nieuw robotachtig exoskelet. Deze apparaten - die in wezen robotpakken zijn die kunstmatige beweging geven aan de ledematen van de gebruiker - worden een steeds vaker voorkomende manier om mensen te helpen die hun benen niet kunnen gebruiken om te lopen. Maar hoewel moderne exoskeletten meestal onhandige, zware apparaten zijn, kunnen nieuwe technologieën ze veel gebruiksvriendelijker en natuurlijker maken. Je hebt waarschijnlijk al geraden waar dit naartoe gaat: nepleer.
Exoskeletten zijn in ontwikkeling sinds de jaren zestig. Het eerste exoskelet was een omvangrijke set benen en klauwhandschoenen die slechts vaag op een Iron Man-pak leken. Hij moest de kracht van hydraulica gebruiken om industriële arbeiders te helpen honderden kilo's gewicht te tillen. Dat project was niet succesvol en werkte niet, maar de opties die volgden werden steeds beter. Tegenwoordig kunnen mensen eindelijk exoskeletten gebruiken om hun eigen capaciteiten gedeeltelijk te verbeteren, opnieuw te leren lopen met hun hulp, of zelfs interactie met computers met behulp van aanraking of "tactiele" feedback.
Meestal bestaan deze apparaten uit een ketting van schakels en krachtgewrichten die samenwerken met iemands eigen botten en gewrichten. Kunstmatige ledematen zijn stevig bevestigd aan de ledematen van een persoon en zetten zijn bewegingen voort. Het exoskelet kan worden bestuurd door een computer - bijvoorbeeld als het een fysiotherapieroutine uitvoert - of door de elektrische activiteit in de spieren van de gebruiker te volgen en de kracht die ze genereren te ondersteunen.
Zwaar en pijnlijk
Ondanks een halve eeuw onderzoek worden exoskeletten nog steeds niet veel gebruikt. Dit komt grotendeels doordat ze oncomfortabel waren om gedurende lange tijd te dragen, aangezien de lichamen van mensen anders zijn dan kostuums, die als één Procrustean-bed zijn gemaakt. Sommige exoskeletten passen beter bij het menselijk lichaam, maar als de robotgewrichten en de echte gewrichten van de gebruiker niet synchroon draaien, kan dit leiden tot ongemak of pijn. Dit alles wordt nog verergerd door de stijfheid van elk deel van het pak.
Een ander probleem, vooral bij exoskeletten van het bovenlichaam, is hun gewicht, aangezien ze zijn gemaakt van duurzame materialen die zware gewichten kunnen dragen en het lichaam kunnen ondersteunen. Moderne pakken zijn ook niet zo goed bestand tegen veranderingen in temperatuur of regen, waardoor ze moeilijk te gebruiken zijn in de echte wereld. En mensen kunnen nog steeds niet wennen aan hun uiterlijk.
Om exoskeletten praktischer en aangenamer te maken om naar te kijken, hebben we innovatie nodig: we moeten ze een 'tweede huid' maken in plaats van een gigantisch robotpak. Meestal gebruiken exoskeletten zware elektromotoren, maar lichtgewicht actuatoren kunnen ook als pneumatische spieren worden gebruikt. Ze kunnen dezelfde inspanningen leveren als elektromotoren, alleen zullen ze enkele keren minder wegen. Deze spieren bestaan uit een rubberen blaas omgeven door een geweven mouw. Onder druk nemen ze in diameter toe en krimpen ze in lengte, waardoor ze op het gewricht duwen. En hoewel ze gemaakt zijn van lichtgewicht materialen, kunnen ze kracht uitoefenen, wat genoeg is om vele honderden kilo's op te tillen.
Promotie video:
Zachte robotica
Maar zelfs deze lichtgewicht actuatoren moeten worden bevestigd aan een stijve mechanische structuur op het lichaam van de gebruiker. Wetenschappers van het Center for Autonomous Systems and Robotics van de University of Salford ontwikkelen een ander alternatief: zachte robotica. Deze technologie maakt gebruik van fysiek zachte, geavanceerde materialen om dezelfde taken uit te voeren als traditionele stijve robotapparatuur. Ze zijn bijzonder geschikt om met mensen om te gaan, aangezien zacht vaak licht betekent en er minder kans op letsel is bij het slaan van een persoon.
Ze hebben onlangs een nieuwe "zachte continuümaandrijving" ontwikkeld die buigt als de slurf van een olifant. In tegenstelling tot een traditionele stijve robotverbinding, die weerstand ondervindt in een deel van het lichaam, zal het over de hele lengte in alle richtingen buigen. Door een nauwsluitend pak te dragen met dergelijke aandrijvingen, zouden we een zacht exoskelet kunnen hebben dat precies buigt waar de gewrichten van de drager zijn. Bijgevolg is het pak perfect geschikt voor verschillende dragers zonder dat het mechanisch moet worden aangepast of gekalibreerd. Bovendien is het systeem licht van gewicht en kan het als kleding worden gedragen in plaats van als een omvangrijk mechanisch frame.
Exoskeletten beginnen commercieel op de markt te worden gebracht en we zullen de komende jaren waarschijnlijk veel nieuwe dingen zien. In 2012 voltooide een verlamde vrouw genaamd Claire Lomas zelfs de marathon van Londen met een exoskelet. Maar er zijn nog veel technische problemen die moeten worden opgelost voordat we een wijdverbreid gebruik van dergelijke systemen zien. We hebben op zijn minst een manier nodig om deze pakken van stroom te voorzien zonder ze elk half uur aan te sluiten.
ILYA KHEL
