Inzicht in mens-robotinteractie essentieel voor ontwerp van revalidatiesystemen

Robotapparaten voor lichaamsgewichtondersteuning kunnen een sleutelrol vervullen bij hulp aan mensen met neurologische aandoeningen die beter willen leren lopen. Het team dat in 2018 een geavanceerd apparaat voor lichaamsgewichtondersteuning ontwikkelde (de ‘RYSEN’), publiceerde onlangs een evaluatie in Science Robotics. Hierbij zijn onderzoekers van het wetenschappelijke programma Medical Delta: Improving Mobility with Technology betrokken.

Het team dat in 2018 de RYSEN ontwikkelde, heeft inmiddels meer fundamenteel inzicht in dit concept gekregen, maar stelt ook vast dat er nog het een en ander moet worden verbeterd. Ze constateren dat aanbevelingen voor de optimale instellingen voor de therapie moeten worden aangepast aan elk afzonderlijk apparaat en dat ontwikkelaars zich meer bewust moeten zijn van de interactie tussen patiënt en apparaat.

Revalidatie

Een beroerte, ruggenmergletsel of andere neurologische aandoeningen kunnen leiden tot beperkingen die de kwaliteit van leven ernstig aantasten. Intensieve looptraining op basis van neurorevalidatie kan patiënten helpen mobiliteit terug te krijgen en kan de werkdruk van revalidatietherapeuten verlagen. Dit kan worden gerealiseerd met behulp van robotapparaten voor lichaamsgewichtondersteuning (body-weight support, BWS). Voorbeelden van de nieuwe generatie van dergelijke robotapparaten zijn de FLOAT en de RYSEN. Een van de speciale kenmerken van deze apparaten is de instelbare steunkracht.

Onbekende factoren

De ontwikkelaars van de RYSEN hebben nu dit en andere BWS-systemen geëvalueerd en hun bevindingen gepubliceerd in Science Robotics. “De impact van BWS op looppatronen is al in vele studies onderzocht, en de resultaten zijn minder consistent dan je zou verwachten”, vertelt prof. dr. Heike Vallery (TU Delft), onderzoeker bij het wetenschappelijke programma Medical Delta: Improving Mobility with Technology. “Wij benadrukken het belang van inzicht in de diverse factoren, zoals de richting van de steunkracht en de bevestigingspunten op het harnas. In ons artikel onderzoeken we de exacte invloed van deze en andere factoren op het lopen.”

Video: ©NeuroRestore/Jimmy Ravier. Sebastian Tobler, die een dwarslaesie heeft, loopt in de RYSEN. 

Achterwaartse kracht

“Omdat deze informatie cruciaal is voor het ontwerp van een optimale BWS, hebben we de diverse factoren systematisch bestudeerd voor de RYSEN. Heel opvallend was dat (gezonde) proefpersonen een kleine achterwaartse kracht noemen als een van de kenmerken van een ideale BWS, terwijl we hadden verwacht dat ze een voorwaartse kracht zouden kiezen. Bovendien ontdekten we dat de loopkarakteristieken met deze kleine achterwaartse kracht dichter bij normaal lopen lagen dan zonder de achterwaartse kracht”, zegt Michiel Plooij, Mechatronic System Engineer aan de TU Delft/DEMCON.

Deze onverwachte uitkomst plaatst vraagtekens bij de opvatting dat mensen tijdens mens-robotinteracties vooral de energie-efficiëntie optimaliseren. Het lijkt erop dat ze eerder proberen hun gevoel van stabiliteit en veiligheid te vergroten. De onderzoekers tonen ook aan dat de plek van de bevestigingspunten op het harnas een sterke invloed heeft op het looppatroon, terwijl bevestiging van het harnas in de literatuur nauwelijks wordt vermeld.

Maatwerk

Plooij: “In het algemeen laten we zien dat er nog veel wetenschappelijke vragen zijn. We hebben de RYSEN vooral ontwikkeld als hulpmiddel voor het bestuderen en ondersteunen van looprevalidatie. Toen we eerder onderzoek naar apparaatinstellingen op de RYSEN probeerden te repliceren, constateerden we dat dezelfde apparaatinstellingen tot totaal verschillende resultaten leidden.”

Ondanks het gebruik van schijnbaar gelijke systemen worden er verschillende wetenschappelijke gegevens uit de apparaten verkregen. Daarom moeten aanbevelingen voor optimale therapie-instellingen aan elk afzonderlijk apparaat worden aangepast. Inzicht in de interactie tussen mens en BWS-apparaten is van cruciaal belang bij het ontwerp en gebruik van deze apparaten.

Video: DIH Technology Company / Frans Steenbrink. In de toekomst kan de RYSEN ingezet worden in combinatie met vloerprojectie. Door middel van Augmented Reality worden er situaties gecreëerd die de patiënt helpen bij revalidatie en ook nog voor enige ‘fun’ zorgen ondanks de omstandigheden waar de patiënt zich in bevindt.

Verbetering

De RYSEN is ontwikkeld in samenwerking met TU Delft, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en industriële partners Onward medical, Motek en klinische partner CRR SUVA in Zwitserland. De resultaten van de evaluatie zullen nu worden gebruikt om de RYSEN verder te verbeteren. De bedrijven ONWARD Medical en MOTEK zijn momenteel bezig het apparaat geschikt te maken voor commercieel gebruik. Professor Grégoire Courtine van de EPFL en professor Jocelyne Bloch van het Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV) in Lausanne werken eraan om dit innovatieve apparaat in te zetten voor opnieuw leren lopen na verlamming. Bij de publicatie in Science Robotics zijn verder de volgende partners betrokken: TU Delft, DEMCON Advanced Mechatronics, Universiteit van Lausanne (UNIL) en Erasmus MC.

Klik hier voor meer informatie en het artikel dat eerder op tudelft.nl verscheen