- Franse wetenschappers maken hersengestuurde ledematen werkelijkheid
- De exoskeletten van Samsung maken lopen gemakkelijker
- Sarcos Robotics biedt militairen bovenmenselijke kracht
- Het exoskelet van het Russische leger is klaar voor de strijd
- Ook de bouwsector wil exoskeletten gaan gebruiken
- Het Vest Exoskeleton maakt bovenhoofds werk minder vermoeiend
- LG combineert robotpakken met kunstmatige intelligentie
- Atoun robotapparatuur helpt gebruikers met lopen en tillen
- Het exoskelet van Auberon helpt brandweerlieden tijdens hun werk in hoge gebouwen
- Dankzij Elevate kunnen mensen met slechte knieën toch skiën
- Mens en machine gaan steeds nauwer met elkaar samenwerken
Van orthopedische klinieken en fabrieken tot militaire centra – wetenschappers en ingenieurs overal ter wereld zijn hard aan het werk om menselijke lichamen sterker en sneller te maken. Deze inspanningen hebben inmiddels indrukwekkende resultaten opgeleverd, zoals exoskeletten – robotpakken die die ervoor zorgen dat je meer kracht en uithoudingsvermogen hebt. Ze worden al in verschillende sectoren gebruikt en het ziet ernaar uit dat de markt voor deze apparaten tegen 2026 een waarde van $4 miljard zal bereiken. Exoskeletten zijn er bovendien in alle soorten en maten en voor allerlei verschillende doeleinden.
Full-body exopakken helpen verlamde mensen (weer) te lopen en ondersteunen werknemers met bovenhoofdse arbeid of het verplaatsen van zware dozen. Ook brandweerlieden en militairen profiteren van deze technologieën. Het helpt hen met sneller lopen en het dragen van zware bepakkingen. En de bouwsector, die bekend staat om zijn vaak gevaarlijke en lastige werkomstandigheden, ziet ook steeds meer potentieel in het gebruik van exoskeletten, bijvoorbeeld ter voorkoming van ongelukken, oververmoeidheid of blessures. Ingenieurs hebben veel werk voor de boeg om deze robotoplossingen te perfectioneren, maar er zijn al veel interessante use cases die de voordelen van deze technologie illustreren.
Franse wetenschappers maken hersengestuurde ledematen werkelijkheid
Wetenschappers van de Universiteit van Grenoble en het biomedisch onderzoekscentrum Clinatec hebben een hersengestuurd exoskelet ontwikkeld en getest. De eerste gebruiker van dit apparaat was een 28-jarige patiënt die als gevolg van letsel vanaf de schouders verlamd raakte. Voor het onderzoek kreeg hij twee sensoren in zijn hoofd om de hersengolven die bewegingsopdrachten doorgeven te registreren en vertalen. Vervolgens oefende de man twee jaar lang in een virtual reality-omgeving met het bewegen van digitale ledematen. Tegelijkertijd monitorden en analyseerden deep learning algoritmen zijn hersengolven om specifieke signalen te correleren met arm- en beenbewegingen.
Toen de training voorbij was kreeg de patiënt een exoskelet van de wetenschappers. De KI-software heeft de hersengolven met succes weten om te zetten in opdrachten die het exoskelet begrijpt, waardoor nu verschillende soorten bewegingen mogelijk zijn. De man kon bijvoorbeeld zijn handen bewegen en zijn polsen draaien. Bovendien kon hij lopend, verspreid over 39 sessies, met 480 stappen een afstand van 145 meter afleggen. Het exoskelet werd aan het plafond bevestigd om de patiënt te stabiliseren en te voorkomen dat de machine zou vallen. De wetenschappers hopen dat patiënten in de volgende fase zonder dit ophangsysteem kunnen leren lopen.
De exoskeletten van Samsung maken lopen gemakkelijker
Ook Samsung wil mensen helpen (weer) te lopen. Het Zuid-Koreaanse bedrijf heeft onlangs het Gait Enhancing Motivational System (GEMS) ontwikkeld, een reeks exoskeletten die de knieën, enkels en heupen ondersteunen. Het GEMS-H exoskelet, dat de heupen ondersteunt, corrigeert ook de lichaamshouding, verhoogt het looptempo met bijna 20 procent en biedt bovendien ondersteuning bij het traplopen. Het exoskelet kan ook weerstand toevoegen, wat bijvoorbeeld handig is tijdens fitnesstrainingen en revalidatiesessies. En omdat GEMS-H slechts 2,1 kg weegt, is het apparaat comfortabel genoeg om te dragen en kan het gebruikers tijdens het lopen tot 23 procent energie besparen.
Dit exoskelet is een van Samsung’s eerste projecten op het gebied van loopondersteuning en omdat veel andere bedrijven, zoals ReWalk, Ekso en SuitX, soortgelijke producten op de markt hebben gebracht is er al redelijk wat concurrentie. Maar naarmate de vraag naar exoskeletten toeneemt, zullen steeds meer bedrijven tot deze markt toetreden, wat uiteraard goed nieuws is voor de eindgebruikers. Deze zullen daardoor uiteindelijk ook kunnen profiteren van concurrerende prijzen voor deze innovatieve hulpmiddelen die lopen en revalidatie gemakkelijker maken en bij fysiek zware banen ondersteuning kunnen bieden. Samsung heeft overigens ook aangekondigd dat het van plan is om KI-technologie te gebruiken om steeds betere robots te ontwikkelen.
Sarcos Robotics biedt militairen bovenmenselijke kracht
Sarcos Robotics, een in de VS gevestigde ontwikkelaar van robotica en elektromechanische apparaten, is van plan om in 2020 zijn eerste Guardian XO full-body exoskeleton te lanceren. De ontwikkeling van het apparaat heeft 17 jaar geduurd en $175 miljoen gekost en is tot stand gekomen in samenwerking met het Amerikaanse Ministerie van Defensie en een aantal andere particuliere bedrijven. Het exoskelet verbetert de kracht, het uithoudingsvermogen en de veiligheid van de gebruiker. Zo heeft een persoon van 100 kilo het gevoel dat hij maar vijf kilo weegt. Met het exoskelet kunnen gebruikers voorwerpen tot 90 kilo voor langere tijd met gemak dragen. Het pak werkt op een accu die na één keer opladen 8 uur meegaat. Het aan- en uittrekken van het pak duurt ongeveer een minuut.
Sarcos heeft de voordelen van Guardian XO aan militaire vertegenwoordigers op het hoofdkantoor in Salt Lake City gedemonstreerd en de Amerikaanse luchtmacht en marine zijn zeer onder de indruk van het exoskelet. Tijdens een velddemonstratie kon een operator dankzij het pak een bom van 56 kilo onder een vliegtuigvleugel monteren, munitieblikken van 50 kilo optillen en een band van 38 kilo aan een vrachtwagenas bevestigen – allemaal in een rustig tempo en zonder extra kracht te hoeven gebruiken. Dr. Alok Das, een senior wetenschapper aan het Center for Rapid Innovation van het Air Force Research Laboratory, zegt: “Deze draagbare robots kunnen de capaciteiten en veiligheid van onze soldaten verbeteren. The Guardian XO verandert sciencefiction in realiteit”.
Het exoskelet van het Russische leger is klaar voor de strijd
Ook het Russische leger investeert in deze robottechnologie. Het K-2 exoskeleton werd in 2019 getoond op het Army-2019 Military Tech-forum in Moskou, waar soldaten het apparaat tijdens een oefening droegen en al lopend een machinegeweer afvuurden. De oefening toonde aan dat het Russische prototype klaar is voor actief militair gebruik, in tegenstelling tot de exoskeletten die zijn ontwikkeld door het Amerikaanse leger. Lukas Andriukaitis, een onderzoekspartner van het Digital Forensic Research Lab (DFRL) van de Atlantische Raad, schrijft dat Moskou zijn concurrenten met het daadwerkelijk implementeren van het systeem een aantal stappen voor is.
Foto’s die door DFRL geanalyseerd zijn laten bovendien zien dat gevechtsingenieurs K-2 ook tijdens mijnopruimingsoperaties in Palmyra in Syrië hebben gebruikt waar het apparaat militairen heeft geholpen 50 kilo aan extra gewicht te dragen zonder vermoeid te raken. Russische ingenieurs werken nu aan een nog geavanceerder exoskelet met een futuristisch ontwerp. Het Ratnik-3-model wordt naar verwachting in 2025 geïmplementeerd en bestaat uit volledige lichaamsbescherming en een helm. Het is nog onduidelijk of dit systeem in actieve gevechtsrollen of alleen in gevechtsondersteunende operaties gebruikt zal worden.
Ook de bouwsector wil exoskeletten gaan gebruiken
Bouwvakkers moeten veel lopen en bukken en vaak zware voorwerpen tillen. Deze repetitieve taken leiden in veel gevallen tot overbelastingsletsel of ongelukken en kosten Amerikaanse bedrijven jaarlijks ongeveer $15 miljard. Bovendien krijgen werknemers regelmatig last van aandoeningen van het spier- en skeletstelsel en lopen soms zelfs permanent letsel op waardoor ze hun werk niet meer kunnen doen. Bouwbedrijven willen dit probleem maar al te graag aanpakken en exoskeletten kunnen daar een belangrijke rol in spelen omdat deze apparaten zware voorwerpen tillen en verplaatsen vergemakkelijken. Bovendien worden ze steeds goedkoper. De Chairless Chair en de EksoWorks Vest-exoskeletten kosten bijvoorbeeld rond de $5.000, veel goedkoper dan de full-body apparaten die in de gezondheidszorg worden gebruikt.
Verschillende roboticabedrijven zijn inmiddels bezig met de ontwikkeling van wearables die voor de bouwsector mogelijk interessant zijn. Exoskeletten voor de arm bijvoorbeeld, zoals de EksoZeroG waarmee machine-operators zwaar gereedschap met gemak kunnen vasthouden. Exoskeletten kunnen ook rugondersteuning bieden door de druk op de rugspieren te verminderen en ervoor te zorgen dat gebruikers de juiste houding aanhouden zodat blessures door repetitieve bewegingen worden verminderd. En fabrieksarbeiders die vaak zware voorwerpen moeten tillen kunnen ook van exoskeletten profiteren omdat deze robotpakken schouder- en armondersteuning bieden. Ook hurken kan met speciale lichtgewicht apparaten makkelijker en minder belastend gemaakt worden. Sommige van deze apparaten helpen gebruikers met hurken en weer staan door als een soort stoel te fungeren. Exoskeletten zijn dus ook voor de bouwsector een veelbelovende potentiële oplossing. Wel zijn veel bedrijven in deze sector nog steeds terughoudend met het op grote schaal implementeren van deze technologieën, in afwachting van de resultaten van pilots die nog worden uitgevoerd.
Het Vest Exoskeleton maakt bovenhoofds werk minder vermoeiend
Hoewel veel werk in fabrieken door machines uitgevoerd wordt, doen veel fabrieksarbeiders ook nog steeds enorm veel fysiek zwaar werk. In de automobielfabrieken van Hyundai bijvoorbeeld, maken mensen op assemblagelijnen lange dagen en doen ze veel bovenhoofds werk, zoals het monteren van uitlaten en remleidingen. Deze zware taken leiden vaak tot pijnklachten en zelfs letsel. Om een oplossing te vinden voor deze uitdagingen heeft de Zuid-Koreaanse autofabrikant twee soorten exoskeletten ontwikkeld, waaronder het stoelloze exoskelet dat de knieën van de drager ondersteunt en het Vest Exoskeleton (VEX) dat ervoor zorgt dat de nek en rug minder belast worden.
Hyundai heeft onlangs bovendien een geüpgraded VEX-apparaat onthuld dat 2,5 kilo weegt en ongeveer 40 procent lichter is dan concurrerende producten. Het bedrijf vertelt dat de gewichtsvermindering werd bereikt door de accu te verwijderen en passieve krachtondersteuning te gebruiken, gebaseerd op een veersysteem. Het robotachtige pak wordt als een rugzak gedragen. DongJin Hyun, hoofd van het robotica-team van Hyundai Motor Group, zegt dat “VEX werknemers meer ondersteuning, mobiliteit en aanpassingsvermogen biedt wanneer ze bovenhoofdse taken moeten uitvoeren. Bovendien zullen ze waarderen hoe licht VEX is om te dragen en mee te werken”. Het product wordt naar verwachting eind 2019 in de commerciële productie gebracht en Hyundai overweegt om VEX wereldwijd op de markt te brengen.
LG combineert robotpakken met kunstmatige intelligentie
Ook het Zuid-Koreaanse LG Electronics is geïnteresseerd in deze robottechnologie. De elektronica- en consumentengoedengigant heeft bijvoorbeeld het CLOi SuitBot exoskelet ontwikkeld waarmee werknemers zware voorwerpen voor langere tijd kunnen optillen en neerzetten zonder dat dit leidt tot vermoeidheid of letsel. Het exopak van LG werd aanvankelijk onthuld op de IFA tech-expo in Berlijn en vervolgens opgewaardeerd naar de huidige, lichtere versie. Het pak bestaat uit een onderrug-unit en ondersteunende stukken die naar elk been vertakken.
Zodra de drager met een hoek van 65 graden vooroverbuigt wordt het systeem automatisch geactiveerd en vervolgens weer uitgeschakeld wanneer hij rechtop gaat staan. De CLOi kan op een enkele lading vier uur werk verrichten en is daarmee een ideale oplossing voor werknemers in productie- en opslagfaciliteiten. Het apparaat maakt zelfs gebruik van kunstmatige intelligentie om de gewoonten van gebruikers te leren waardoor het zijn kracht en bewegingen kan optimaliseren en op de gebruiker kan afstemmen.
Atoun robotapparatuur helpt gebruikers met lopen en tillen
Atoun, eigendom van de Japanse elektronicareus Panasonic, maakt ook exoskeletten die het lopen en tillen vergemakkelijken. Het Model Y heeft de vorm van een omgekeerde Y, weegt 4,5 kilo en wordt gedragen als een rugzak die is verbonden met de borst en de dijen. In het pak zitten twee elektromotoren die 10 kilo ondersteuning bieden voor het dragen van zware voorwerpen. Het apparaat werkt in drie modi. Wanneer gebruikers na het bukken en het pakken van een object weer rechtop willen staan, schakelt de Model Y over naar de Assist-modus waarbij het bovenlichaam als het ware omhooggetrokken wordt. Zodra de gebruiker naar voren leunt om het object neer te zetten, activeert het exoskelet de Brake-modus die de taille ondersteunt. Wanneer de gebruiker loopt, worden de motoren van de machine uitgeschakeld zodat er in de Walk-modus minimale weerstand is.
Atoun ontwikkelt bovendien een exoskelet voor het onderlichaam. Dit systeem, de HIMICO, is speciaal ontwikkeld voor mensen die vooral loopondersteuning nodig hebben. De HIMICO is nog een prototype, maar volgens het bedrijf levert het apparaat een powerboost van 19 procent bij heuvelop lopen en 17,8 procent bij traplopen en helpt het mensen sneller over oneffen terrein te lopen. Bovendien past HIMICO zijn prestaties aan de gebruiker aan terwijl het leert over hun gewoonten en variabelen.
Het exoskelet van Auberon helpt brandweerlieden tijdens hun werk in hoge gebouwen
Brandbestrijding in hoge gebouwen is een complexe taak. Brandweerlieden moeten traplopen in een brandend gebouw en 40 kilo-zware uitrusting dragen, waaronder ademhalingsapparatuur, blussers, slangleidingen en elektrisch gereedschap. Dit is zelfs voor goed voorbereide eerstehulpverleners een enorm zware taak. Maar dankzij een robotpak dat werd ontwikkeld door Trigen Automotive – fabrikant van speciale voertuigen – in samenwerking met de Civil Defense Force van Singapore, zal het blussen van branden en het redden van mensenlevens in de toekomst eenvoudiger zijn.
Het team heeft een exoskelet met de naam Auberon ontwikkeld waarmee het dragen van zware voorwerpen veel gemakkelijker wordt. Het apparaat wordt aangedreven door twee 6,8-liter persluchttanks, waarmee brandweerlieden 12 verdiepingen drie keer op en af kunnen lopen – mét al hun apparatuur. Gebruikers van het exoskelet hebben bovendien hun handen vrij waardoor ze de brand efficiënter kunnen bestrijden. De druk op de schouders en rug wordt verminderd door het gewicht via de voetplaat naar de grond te leiden. Mocht een situatie erg gevaarlijk worden en brandweerlieden het brandende gebouw plotseling moeten verlaten, kunnen ze het exoskelet door middel van een quick release-mechanisme snel uittrekken.
Dankzij Elevate kunnen mensen met slechte knieën toch skiën
Skiën is voor miljoenen mensen een zeer geliefde recreatieve activiteit. Maar mensen met knieproblemen of spiervermoeidheid denken wel twee keer na voordat ze een skipiste betreden. Gelukkig heeft het in San Francisco gevestigde Roam Robotics Elevate nu een exoskelet voor skiërs ontwikkeld. Het pak bestaat uit beugels die skischoenen via pneumatisch aangedreven actuators op de dijen met een rugzak verbinden. Het apparaat ontlast tot 30 procent van het gewicht van de drager en vermindert de druk op de knieën en dijbeenspieren, waardoor schokken en verschillende soorten impact worden opgevangen. Ingebouwde sensoren en software activeren het systeem alleen wanneer dat nodig is, hoewel gebruikers de kracht en de gevoeligheid ook handmatig kunnen instellen.
Elevate is nog niet beschikbaar in de detailhandel maar skiliefhebbers kunnen het exoskeleton op verschillende resortlocaties die met de techstartup samenwerken wel huren. De dagelijkse huurprijs start vanaf $109. Als je het apparaat wilt kopen zodra het beschikbaar komt kun je je naam op een wachtlijst zetten en vast gaan sparen – het apparaat zal namelijk tussen de $2.000 en $2.500 gaan kosten. Roam Robotics ontwikkelt overigens ook medische exoskeletten voor mensen met knieblessures, evenals robotoplossingen voor militair gebruik.
Mens en machine gaan steeds nauwer met elkaar samenwerken
Exoskeletten zorgen voor een enorme uitbreiding van de menselijke mogelijkheden en bieden gebruikers meer kracht en uithoudingsvermogen. Hoewel we nog niet in staat zijn om een Iron Man te creëren, gaan de ontwikkelingen op het gebied van robottechnologieën als exoskeletten onverminderd door. Deze hightech-apparatuur zal in de toekomst een steeds belangrijkere rol spelen, niet alleen in de geneeskunde, maar bijvoorbeeld ook in productiesector en het leger. We zullen echter wel een manier moeten vinden om dit soort geavanceerde producten betaalbaarder te maken voor gewone burgers, zodat iedereen ervan kan profiteren. Ondanks een aantal uitdagingen zullen mens en machine in de toekomst niet alleen steeds meer naast elkaar, maar ook actief mét elkaar gaan samenwerken. Robots zullen mensen bij repetitieve en zware werkzaamheden steeds meer ondersteunen, wat positief zal bijdragen aan de gezondheid van werknemers in uiteenlopende bedrijfstakken.
