Hoe robotica je in een supermens kan veranderen

Heb je ooit gehoord van Ironman? De man die zijn eigen superheldenpak heeft gebouwd? Nou, wat als ik je vertel dat er soortgelijke pakken bestaan? De ontwikkeling van mechanische pakken begon al in 1965 en kort daarna verschenen de eerste pakken op de markt. Ze kunnen het onderlichaam, bovenlichaam of het hele lichaam ondersteunen. Ze komen in vele vormen aan en omvatten veel verschillende functies, zoals het ondersteunen van gewonde mensen of het versterken van soldaten. Het nieuwste mechanisch volledig pak kwam begin dit jaar uit, genaamd Sarcos Guardian XO. Met dit pak kan de operator (mens in het mechanische pak) wel 100 kg aan goederen tillen!

Deze mechanische pakken worden exoskeletten genoemd, wat misschien bekend klinkt omdat ze ook kunnen verwijzen naar de buitenste omhulling van sommige dieren, zoals krabben en sprinkhanen. Terwijl wij onze botten in ons lichaam hebben, hebben die dieren alleen een hard pantser. Dit pantser ondersteunt hun botloze lichaam en beschermt het tegen de buitenwereld. Net als bij dieren worden mechanische exoskeletten ook ontwikkeld om ons lichaam te ondersteunen en te beschermen.

Exoskeletten zijn gebouwd om perfect om ons lichaam te passen. Dit kan bijvoorbeeld door middel van 3D-printen. In dit geval wordt het lichaam van de operator gekopieerd en kan de buitenframe van het exoskelet om deze kopie heen worden gebouwd. Dit betekent dat het exoskelet gepersonaliseerd is en alleen om die persoon past. De buitenste frame zelf zorgt voor de ondersteuning en is vaak gemaakt van hard materiaal, zoals ijzer.

Naast het plaatsen van het buitenframe, moet er bij het bouwen van een exoskelet aan veel andere aspecten worden gedacht. Het exoskelet moet niet alleen zijn doel kunnen vervullen, het moet ook comfortabel zijn, zijn evenwicht bewaren en flexibel kunnen bewegen. Om dit te kunnen doen, werken ingenieurs nauw samen met de operator. MARCH is een onderlichaam exoskelet gebouwd door een team studenten uit Delft. Volgens hen is het erg belangrijk om naar de wensen van de operator te luisteren. Zo begrijpen ze wat er nodig is vanuit het perspectief van de operator (comfort en beheersbaarheid), waardoor ze het exoskelet nog verder kunnen verbeteren. MARCH is nog niet commercieel verkrijgbaar, maar het team werkt elk jaar aan een nieuwe versie en hoopt MARCH in de nabije toekomst in de medische wereld te introduceren.

Net als MARCH werden exoskeletten oorspronkelijk gebouwd voor medische doeleinden, vooral voor mensen met ruggenmergletsel. Deze mensen kunnen hun benen vaak niet meer gebruiken. Het exoskelet was dus bedoeld om hen te kunnen ondersteunen zodat zij zich zonder rolstoel kunnen verplaatsen. REX, van Rex Bionics, was het eerste commerciële exoskelet dat dat mogelijk maakte. REX is een exoskelet van het onderlichaam, dat kan worden bediend met een ingebouwde joystick in combinatie met een klein computerscherm. Met het scherm kun je een beweging kiezen, zoals lopen, opstaan ​​of gaan zitten. De joystick kan worden gebruikt om de richting te kiezen waarin u wilt bewegen, vooruit, zijwaarts of achterwaarts. Bekijk deze clip om een ​​beter beeld te krijgen van hoe REX werkt! https://youtu.be/t2Q4UrxmwYE

Exoskeletten worden tegenwoordig niet alleen voor medische doeleinden gebruikt. Ze worden bijvoorbeeld gebruikt in het leger waar ze ook (meestal) het onderlichaam omhullen. In dit geval is het vaak een eenvoudigere versie en dus minder robuust. De belangrijkste reden hiervoor is het feit dat het exoskelet het uithoudingsvermogen en de kracht van de gebruiker moet vergroten, maar de gebruiker niet volledig afhankelijk is van het exoskelet als het gaat om zijn of haar eigen vermogen om te bewegen. Het exoskelet van het leger, bestuurd met een kleine computer om de middel van de soldaat, stelt hen in staat om langere afstanden te lopen en zwaardere goederen te vervoeren om te voorkomen dat hun spieren vermoeid of overbelast raken.

Ook sommige exoskeletten van het bovenlichaam kunnen de druk van de spieren van de gebruiker verlichten. Ze worden meestal gebruikt in werkvelden waar zwaar tillen een verplichte dagelijkse taak is, zoals in de auto-industrie. Het exoskelet van het bovenlichaam kan de kracht vergroten, waardoor de gebruiker zwaardere goederen kan tillen en tegelijkertijd de druk van zijn eigen spieren kan verlichten. Op deze manier kan de gebruiker dezelfde taak, zo niet zwaarder, gedurende langere tijd uitvoeren. Hierdoor wordt ook letsel door overbelasting voorkomen.

Het nieuwste exoskelet, Sarcos Guardian XO, is een mechanisch volledig lichaamspak, dat ook is gebouwd voor de til-industrie. Het is een gepersonaliseerd pak, er past dus maar één persoon in. Het exoskelet wordt aangestuurd door middel van een paneel om je pols, waarmee je de robot kunt starten en kunt beslissen in welke modus hij moet staan, bijvoorbeeld zwaar of licht tillen. Het is uitgerust met een nieuwe technologie, waardoor de frame van het exoskelet je beweging kan nabootsen. In dit geval wordt de operator alleen om de taille en voeten vastgebonden. De handen van de operator kunnen de robotarmen grijpen, het paneel bedienen of vrij bewegen in de omgeving. Als je wilt zien hoe de Sarcos Guardian XO werkt, bekijk dan deze clip: https://youtu.be/W5P4i-aytws

Het voordeel van een volledig lichaamspak ten opzichte van een onderlichaam pak is dat het de druk van spieren kan verlichten, zowel in je benen, armen als in je rug. Daardoor kan het robuuster zijn omdat het op zichzelf kan staan en het gewicht van het pak dus niet door de gebruiker hoeft te worden gedragen. Helaas is dit pak niet te koop en kan het alleen worden gehuurd met een operator erbij.

In de toekomst zullen exoskeletten echter voor iedereen te koop zijn! Het volledig werkende mechanische lichaamspak van Sarcos laat al zien hoe erg exoskeletten sinds 1965 verbeterd zijn. Daarom is het misschien niet zo onrealistisch om te denken dat ze in de toekomst nog meer zullen evolueren. Ze zijn misschien nog niet voor ons allemaal beschikbaar, maar voorlopig kunnen we ervan uitgaan dat ze een sleutelrol spelen in de medische, leger- en industriële wereld.

Referenties:

1. Sarcos (2020). Sarcos Guardian XO Exoskeleton at CES 2020 [Youtube Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=KmvpcHp_ERE
2. Limm, A. (2019). Exoskeletons available to buy and use in 2020, industry overview. Medium. https://medium.com/@limm/exoskeletons-available-to-buy-and-use-in-2020-industry-overview-e84fa40b0778
3. Shein, E. (2019). Exoskeletons Today. March 2019 | Communications of the ACM. https://cacm.acm.org/magazines/2019/3/234915-exoskeletons-today/fulltext
4. TU Delft. (2019). Project MARCH. https://www.tudelft.nl/d-dream/teams/project-march/
5. Rex Bionics. (2020). Rex Bionics – Reimagining Rehabilitation. https://www.rexbionics.com/
6. Lockheed Martin. (2020). Exoskeleton Technologies: Military. https://www.lockheedmartin.com/en-us/products/exoskeleton-technologies/military.html