Exoskeletten worden lichter en slimmer: draag jij er over tien jaar een?

Twintig jaar geleden voorspelde bioloog Daniel Ferris van de University of Florida dat mensen in 2024 gewoon met een robotpak over straat zouden lopen. Dat bleek te vroeg gedacht, erkent hij zelf. Maar de techniek komt dichterbij. Waar exoskeletten vroeger vrijwel uitsluitend in ziekenhuizen werden gebruikt om verloren functie na een beroerte of dwarslaesie te vervangen, richten onderzoekers en bedrijven zich nu steeds meer op augmentatie: een klein extra zetje voor mensen die prima kunnen lopen, maar het graag makkelijker willen hebben.

Nike testte vorig jaar een prototype genaamd Project Amplify, een aangedreven schoen ontwikkeld met het Amerikaanse roboticabedrijf Dephy. Het Chinese bedrijf Hypershell verkoopt inmiddels exoskeletten aan gewone consumenten, en toeristen kunnen bij een heuvelachtig stuk van de Chinese Muur zelfs een exoskelet huren. De haast is niet toevallig: de wereldbevolking vergrijst snel. Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie stijgt het aantal zestigplussers wereldwijd naar 2,1 miljard in 2050. Een lichte, betaalbare wandelhulp kan dan het verschil maken tussen zelfstandig blijven en niet.

Van stijf robotpak naar meebewegende hulp

Oudere exoskeletten leken op het harnas van Iron Man: log, krachtig en nogal onbuigzaam. Nieuwe systemen doen het anders. Ze schatten continu hoeveel kracht de drager zelf al levert en vullen alleen het ontbrekende stukje aan. Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology in Atlanta ontwikkelden hiervoor een besturingssysteem dat met kunstmatige intelligentie inschat hoe de heup beweegt, bij elke loopsnelheid, helling of traptrede. Testpersonen liepen daardoor merkbaar met minder inspanning.

Ook aan de knie wordt gesleuteld. Robotica-onderzoeker Robert Gregg van de University of Michigan leidt een project van 2 miljoen dollar dat gemotoriseerde kniebraces moet aanpassen om koppel op het gewricht te verlagen. In een kleine proef met vier deelnemers meldden gebruikers minder pijn bij opstaan uit een stoel en traplopen. Zijn apparaten leveren zo'n 25 tot 30 procent van de kracht die een gewricht normaal zelf opwekt, genoeg om iets te compenseren van slijtage door veroudering of artrose.

Lichtere motoren, zachtere pakken

De sleutel zit deels in de actuator, het aandrijvende onderdeel dat vroeger bestond uit een kleine, snel draaiende motor met een zware tandwielkast. Dat voelde stijf aan. Nieuwere ontwerpen gebruiken grotere, langzamer draaiende motoren met een lagere overbrengingsverhouding, waardoor de drager vrijer kan bewegen. Sommige onderzoekers spreken inmiddels liever over kunstmatige of bionische spieren dan over een robotpak. Draagbare sensoren meten intussen hoe ledematen bewegen en hoe het gewicht over de voet verdeeld is; via sensorfusie worden die metingen gecombineerd tot één inschatting van hoeveel hulp iemand op dat moment nodig heeft. Biomechanicus Gregory Sawicki van Georgia Tech vergelijkt het resultaat liever met een elektrische fiets dan met een superheldenpak.

Die vergelijking gaat ook op voor het Duitse systeem WalkON, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Heidelberg. Het bestaat uit schouderbanden, een heupriem en dijbeenbanden die simpelweg over de kleding passen en weegt nog geen 3 kilogram. Bij tien oudere proefpersonen verlaagde het de energiekosten van lopen op vlak terrein met 10 procent; jongere deelnemers gebruikten 18 procent minder energie bij het lopen tegen een helling op. Dat is een fors verschil met vroegere exoskeletten van 20 kilo of meer, waarvan biomechanicus Taylor Dick van de University of Queensland er ooit een testte. "Niemand kan dit ooit dragen", zei ze destijds tegen de ontwerpers.

Prijs en gemak blijven de grootste horde

Toch is gewicht niet het enige probleem. Roboticus Tomohiro Shibata van het Kyushu Institute of Technology in Japan test al jaren zorgrobots en constateert dat kosten de grootste drempel blijven. Sommige klinische exoskeletten kosten nu nog zo'n twintig minuten om aan te passen aan één patiënt, tijd die in een revalidatiesessie hard nodig is voor iets anders. Een exoskelet moet volgens Shibata aanvoelen als een verlengstuk van het eigen lichaam, zonder dat er steeds een specialist bij nodig is. Er is ook nog een fundamentele, onopgeloste vraag: als een machine het lopen makkelijker maakt, worden mensen daardoor actiever en fitter, of gaan spieren juist verzwakken omdat het lichaam op de techniek gaat leunen? Die vraag moet beantwoord zijn voordat het exoskelet echt net zo gewoon wordt als een paar hardloopschoenen.