maxon Story

“Een prothese zal nooit perfect zijn”

Onderwerpen

prosthesis_actuades_webprosthesis_actuades_web

Een kleine start-up is bezig om de markt voor handprothesen op zijn kop te zetten - met een innovatieve spirit, compacte DC-motoren en een aanraakfunctie.

Een deur openen is slechts de eerste van een heleboel uitdagingen. Een menselijke hand pakt het handvat, drukt het naar beneden, waarbij de hand flexibel beweegt. Daarbij vergeleken is een elektromechanische handprothese stijf. Wanneer de deur beweegt, werken er grote krachten op elke vinger. “Daarom moet een goede prothese van hoogwaardige materialen gemaakt zijn en uit hoogkwalitatieve componenten bestaan", zegt Stefan Schulz vol overtuiging. Stefan is de oprichter en CEO van Vincent Systems, een start-up met tien werknemers in de Duitse stad Karlsruhe. Als het om handprothesen gaat, is Stefan Schulz een expert. Zijn eerste elektromechanische prothese bouwde hij in 1999. Hij werkte toen nog bij het Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Tien jaar later stapte hij over naar het bedrijfsleven.

Ondertussen heeft Vincent Systems al de derdegeneratieprothesehand op de markt gebracht. “Hij is lichter en compacter dan andere modellen en weegt in principe evenveel als een mensenhand," legt Schulz uit. De kleinste versie is zelfs geschikt voor kinderen, de jongste prothesedrager is nog maar acht jaar. Het bijzondere aan deze handen is dat ze bionisch zijn. Dit betekent dat iedere vinger actief door een gelijkstroommotor wordt aangedreven, behalve de duim, die wordt door twee motoren aangedreven. De motoren zijn direct in de vingers en de duim ingebouwd, waardoor elke vinger afzonderlijk kan worden vervangen. Er is nog iets wat de hand van Vincent Systems zo bijzonder maakt: deze prothese is de eerste commercieel verkrijgbare prothesehand die de drager feedback over de grijpkracht geeft. Dit wordt bereikt met korte trilpulsen. Zou de hand gelijkmatig trillen, dan zou iemand snel aan de sensatie kunnen wennen en er geen aandacht meer aan besteden.

Schulz_close_web

Stefan Schulz, CEO van Vincent Systems, legt uit hoe zijn nieuwe handprothese werkt.

“Tientallen jaren heeft de ontwikkeling van protheses in een soort sluimertoestand verkeerd, maar tegenwoordig kunnen ingenieurs zich op dit vlak helemaal uitleven”

Stefan Schulz weet dat de taak die hij en zijn collega's zich hebben gesteld nooit af zal zijn. De ingenieur wil een mechatronische handprothese ontwikkelen die de menselijke hand het dichtst benadert. “Maar wat voor technische snufjes we ook bedenken, vergeleken met het menselijk origineel zal een prothese altijd een compromis blijven. Het product zal nooit perfect zijn; het kan altijd nog weer verbeterd worden.” Maar dit ontmoedigt hem niet. Integendeel, het spoort hem juist bij zijn dagelijkse werk aan. Stefans motivatie is wellicht een van de geheimen achter het succes van Vincent Systems. In de korte tijd dat het bedrijf bestaat, hebben de ingenieurs de prothesehand verschillende keren compleet herzien. Een van de redenen hiervoor was dat ze een nieuwe technologische aanpak wilden uitproberen en een andere reden was de implementatie van feedback van de prothesedragers. Als je Stefan Schulz hoort spreken, lijkt het wel alsof dit een fluitje van een cent was. De ingenieur voelt zich duidelijk thuis in zijn vakgebied.

Van bionische handprotheses kan elke vinger apart worden bewogen en dit wordt door Vincent Systems getest.

testing
dcxmotor_web
fingers_web
testing
dcxmotor_web
1/3

Het basisontwerp van de meeste armprothesen is sinds de jaren zestig niet veranderd, toen de eerste modellen met motoren en myo-elektrische controllers op de markt werden gebracht. Twee elektroden die aan de overgebleven spieren van de drager zijn bevestigd, stellen hem in staat de grijper te openen en te sluiten. In de meeste gevallen worden alleen de duim en de wijsvinger aangedreven. Lange tijd is niet veel aan dit model veranderd - deels omdat veel gebruikers met deze simpele functies genoegen namen. Met de woorden van Stefan Schulz: “Tientallen jaren heeft de ontwikkeling van protheses in een soort sluimertoestand verkeerd, maar tegenwoordig kunnen ingenieurs zich op dit vlak helemaal uitleven.” Hoewel hij de robuustheid en het nut van eenvoudige prothesen waardeert, is hij er ook van overtuigd dat bionische prothesen van de toekomst zijn! We hebben de technologische middelen, en die moeten we inzetten om onze klanten te helpen door ze nog meer vrijheid te geven.”

maxon aandrijvingen geven het beroemde beetje extra

Prothesen zijn technisch ingewikkeld om te maken vanwege de tegenstrijdige doelstellingen: ze hebben een hoog koppel en een hoge snelheid nodig en tegelijkertijd moeten ze over compacte afmetingen beschikken en zo energie-efficiënt mogelijk zijn. Daarom is het heel belangrijk welke motor je ervoor kiest. In de prothesehanden van Vincent Systems worden maximaal zes maxon DC motoren met borstels gebouwd: DCX 10 aandrijvingen - die ook voor de eerste Marshelikopter werden gebruikt - in combinatie met aangepaste planetaire overbrengingen GP 10 A. "De units zijn compact en dit zijn de motoren met de hoogste energiedichtheid die momenteel voor onze toepassing beschikbaar zijn," zegt Stefan Schulz. Bovendien moeten de aandrijvingen duurzaam zijn en ongeveer vijf jaar feilloos functioneren, hoewel ze dagelijks aan zeer uiteenlopende, zware belastingen worden blootgesteld. “We zijn heel tevreden, en we zijn van plan om de elektrische motoren voor onze toekomstige prothesen in samenwerking met maxon verder te optimaliseren."

Hand_motors_web

In elke prothesehand zitten zes DCX 10 motoren en zes GP 10 A overbrengingen.

De mogelijkheid om elke vinger afzonderlijk te bewegen opent vele mogelijkheden voor de prothesedrager. De hand beschikt over 12 grijppatronen die vrij gemakkelijk via spiercontracties kunnen worden geactiveerd, bijvoorbeeld door het spiersignaal vast te houden of met een dubbele impuls. Voor Stefan Schulz was het belangrijk dat patiënten hun gezonde hand niet nodig hebben ter ondersteuning. “Een prothesehand moet de drager helpen en mag niet de aandacht van de goede hand naar zich toehalen.” De meeste klanten hebben niet meer dan een half uur nodig om de hand goed te leren beheersen. Afhankelijk van de persoon duurt het dan nog enkele weken tot een paar maanden voordat de prothese volledig intuïtief kan worden bediend. Daarna kan de drager fietsen, veters strikken, rauwe eieren vasthouden... en natuurlijk deuren openen.    

Image Copyrights
maxon Group/Karin Mertens

 

Auteur: Stefan Roschi

© by © maxon motor ag