Pieter Edelman
29 November 2012

De Zweedse Chalmers-universiteit denkt een belangrijke stap te kunnen zetten in de ontwikkeling van robotische armprothesen voor amputatieslachtoffers. Het wil binnenkort beginnen met het implanteren van sensoren direct in de armstomp bij enkele patiënten. Dat moet de weg vrijmaken naar protheses die complexe bewegingen uit kunnen voeren en permanent te gebruiken zijn. De proeven zijn bedoeld om de haalbaarheid van de technologie aan te tonen. Proeven op grote schaal staan nog niet op de planning.

De afgelopen decennia zijn er grote stappen gezet in de ontwikkeling van mechanische prothesen en hun aansturingsalgoritmes. Toch blijft het gebruik ervan vooralsnog beperkt. Chalmers-onderzoeker Max Ortiz Catalan denkt dat dit komt door de manier waarop de gebruiker zijn intentie kenbaar moet maken aan het apparaat. Doorgaans worden elektroden op de huid geplakt die de spanning van enkele grote spieren meten. Daarmee kunnen voorgeprogrammeerde bewegingen worden aangestuurd. Met het aanspannen van een bepaalde spier kan de gebruiker bijvoorbeeld de opdracht geven om de hand te sluiten.

Chalmers_robotarm
Door zenuwsignalen direct in de spieren te meten, moet het aansturen van een robotarm een stuk nauwkeurig kunnen.

Er kleven echter veel nadelen aan deze aanpak. Ten eerste zijn deze metingen vrij onnauwkeurig. De huid en vetweefsel veroorzaken verstrooiing en demping van het signaal, de elektroden kunnen verschuiven, omstandigheden zoals zweten hebben een grote invloed en alleen spieren vlak onder het oppervlak kunnen gebruikt worden. Ten tweede treedt vrij snel vermoeiing op bij de gebruiker, wat de signaalkwaliteit niet ten goede komt. En ten derde is het ook een onnatuurlijke manier van aansturen, want de patiënt moet zijn intentie vertalen in het aanspannen van spieren.

Voor dat laatste probleem hebben diverse onderzoekers ondertussen oplossingen gevonden. Met verschillende patroonherkenningstechnieken zijn uiteenlopende algoritmes ontwikkeld om de signalen die de hersenen via de zenuwen naar de spieren sturen om te zetten in een beweging van een robothand.

Alleen het meten van de signalen laat dus te wensen over. Een oplossing hiervoor is om sensoren te implanteren in de spieren zelf of op de zenuwen. De signaalkwaliteit en -stabiliteit is hier veel groter. Bovendien hoeft de spier niet sterk aangespannen te worden om een signaal te genereren. In het laboratorium is hiermee al succes mee geboekt, maar een probleem is nog om de signalen naar de robothand toe te communiceren.

De Chalmer-onderzoekers willen hiervoor meeliften op een bestaande methode om prothesen te bevestigen aan het lichaam. Bij osseo-integratie wordt een titanium staaf door de huid heen direct in het bot verankerd. Titanium wordt door het lichaam goed verdragen en in bot zelfs stevig ingebouwd, en vormt dus een stabiele basis om de prothese op te monteren. Alhoewel deze aanpak met infectiegevaar gepaard gaat, is de bevestiging van de prothese een stuk beter en comfortabeler dan niet-invasieve methoden. Een aangezien dit al een verbinding vormt naar buiten toe, denken de Zweden de signalen simpelweg via dit titanium onderdeel naar buiten te kunnen sturen.

Als klap op de vuurpijl willen ze ook signalen de andere kant op sturen, dus van de prothese naar de gevoelszenuwen. Op het moment moet de gebruiker het namelijk uitsluitend met visuele feedback stellen wanneer de robothand wordt aangestuurd. Met tweewegverkeer moet de patiënt de hand als het ware ook kunnen voelen, met nauwkeurige bewegingen tot gevolg.