Exoskeletten repareren

[summary]Exoskeletten zijn draagbare apparaten die de beweging, houding of fysieke activiteit van de drager verbeteren, ondersteunen of vergroten door mechanisch parallel met het lichaam van de gebruiker te interageren via uitgeoefende kracht. Andere veelvoorkomende namen voor deze apparaten zijn exo, exo-technologie, ondersteunend exoskelet en menselijk versterkend exoskelet.[\/summary]

Exoskeletten zijn draagbare apparaten die menselijke beweging verbeteren of ondersteunen door middel van mechanische interactie. Ze dienen verschillende doeleinden, waaronder medisch (revalidatie en ondersteuning), beroepsmatig (blessurepreventie en prestatieverbetering) en recreatief (ondersteuning bij activiteiten). Exoskeletten kunnen ook worden gecategoriseerd op basis van lichaamsdeel of taak, structuur (rigide of zacht) en andere kenmerken.

De vroegste exoskeletten uitgevonden door Nicholas Yagin.

Vroege draagbare apparaten die volgens moderne maatstaven als exoskeletten zouden kunnen worden beschouwd, werden ontwikkeld in de tweede helft van de 19e eeuw en de 20e eeuw, nog voordat de term “exoskelet” bestond. Veel van deze vroege exoskelet-apparaten werden beugels, ondersteuners, stappentellers of apparaten genoemd. Ze waren ontworpen om de houding, mobiliteit en andere fysieke taken te verbeteren, maar de meeste van deze apparaten bestonden alleen als prototypes of concepten en werden niet gecommercialiseerd of op grote schaal toegepast.

Een van de vroegste draagbare exoskeletten was een passief, rigide apparaat ontworpen door de Russische ingenieur Nicholas Yagin in juli 1889. Het doel was om hardlopen, wandelen en springen te verbeteren. Een ander exoskelet dat in het begin van de 20e eeuw werd ontwikkeld, was een door stoom aangedreven zacht exosuit van de Amerikaanse uitvinder Leslie Kelly. Dit exoskelet was bedoeld om het hardloopvermogen van de drager te verbeteren door mechanische kracht over te brengen op kunstmatig gecreëerde ligamenten die parallel aan de spieren van de drager liepen.

De ontwikkeling van exoskelet-technologie ging door gedurende het midden van de 20e eeuw, wat nieuwe mogelijkheden en uitdagingen met zich meebracht bij het ontwikkelen van draagbare ondersteunende technologieën voor zowel versterking als revalidatie. Een van de meer prominente successen op het gebied van exoskelet-technologieën in deze tijd was de opkomst van draagbare camerastabilisatoren. Omdat er destijds echter nog weinig tot geen marketing voor exoskeletten was, ontwikkelde de technologie zich grotendeels tot een eigen categorie, maar boekte ze succes met wijdverspreide adoptie tijdens de jaren 70.

Diagram met een menselijke operator in het Hardiman I-prototype.

Tijdens deze periode werden ook militaire toepassingen voor exoskelet-technologie overwogen. In 1951 startte het Ballistics Research Laboratory (BRL) van het Amerikaanse leger met onderzoek naar een aangedreven exoskelet ontworpen om soldaten te ondersteunen. In 1963 had BRL-onderzoeker S. Zaroodny een voorstel geproduceerd voor een prototype van het exoskelet. Het blijft echter onzeker of het prototype daadwerkelijk is gebouwd vanwege de technische uitdagingen die gepaard gingen met de ontwikkeling ervan.

In de jaren 60 ontwikkelden de strijdkrachten van de Verenigde Staten en General Electric gezamenlijk een ander exoskeletproject genaamd Hardiman I. Dit exoskelet werd aangedreven door een hydromechanisch bilateraal servosysteem dat de kracht van een drager met een factor 25 zou versterken. Dit betekende dat het tillen van een object van 110 kg meer als 4,5 kg zou aanvoelen, en het kon objecten tillen tot wel 340 kg. Hardiman I had ook een functie genaamd force feedback, waarmee de gebruiker de kracht en de objecten die werden gemanipuleerd kon voelen. Hardiman I had echter diverse ontwerpbeperkingen die ertoe leidden dat het project als een algehele mislukking werd bestempeld. Elke poging om het volledige exoskelet te gebruiken resulteerde in hevige en ongecontroleerde bewegingen, waardoor onderzoekers aarzeldende waren om de machine aan te zetten met een menselijke operator erin. Naast de operationele complicaties woog Hardiman I 680 kg, en de force feedback-functie werkte niet zoals bedoeld, wat resulteerde in de vernietiging van elk object waarmee het interacteerde.

Diagram met de ontwerpkenmerken van het Pitman-exoskelet.

Exoskelet-technologie bleef evolueren tot in de jaren 80 en 90, waarbij ze diende als testbed en verkennend prototype. Een opmerkelijk concept-exoskelet was de Pitman, ontwikkeld door het Los Alamos National Laboratory. De Pitman was een 225 kg zwaar aangedreven “harnas” dat primair bedoeld was voor militaire infanterie voor conflicten van lage intensiteit en antiterreuracties. Het beschikte over een pantser van glasvezelpolymeer/keramisch composiet en hersenscan-sensoren in de helm die het pak aanstuurden. De Pitman kwam echter nooit verder dan de initiële conceptfase vanwege de waargenomen complexiteit en onpraktische aard in die tijd.

Op het gebied van revalidatie werden aanzienlijke vorderingen gemaakt in exoskelet-technologie. Een voorbeeld hiervan is het Lifesuit-exoskelet, een robotisch revalidatieapparaat dat is ontworpen om personen met een verlamming te helpen bij het uitvoeren van therapieoefeningen gericht op het herwinnen van mobiliteit en het leren lopen. Hoewel vroege Lifesuits aanvankelijk vastzaten aan kabels, zorgden latere ontwerpen ervoor dat Lifesuit-exoskeletten draagbaarder werden, wat uitvinder Monty Reed gebruikte om in openbare wegwedstrijden te lopen.

Vanaf 2000 is de focus in het exoskelet-veld verschoven en uitgebreid, deels door significante vorderingen in ontwerp, implementatie en adoptie. De nadruk op robotische exoskeletten voor het hele lichaam die de prestaties van een persoon drastisch verbeteren, is afgenomen ten gunste van kleinere, eenvoudigere ontwerpen voor specifiek gebruik. Moderne exoskeletten fungeren als draagbare hulpmiddelen en bieden voordelen voor beperkte taken, zoals enkelondersteuning voor beroertepatiënten of schouderondersteuning voor fabrieksarbeiders.

In het begin van de 21e eeuw ontstonden ook nieuwe categorieën exoskeletten voor recreatief, onderzoek- en educatief gebruik. Dit omvat exoskelet-producten om gebruikers te ondersteunen bij het wandelen, hardlopen, wandelen in de natuur en zelfs skiën.

• Wikipedia-pagina over exoskeletten