Protheses hebben nadelen
Wie sportwedstrijden voor mensen met een handicap volgt, zoals de Paralympische Spelen, staat soms verbaasd over het niveau dat moderne protheses hebben bereikt. De Duitse verspringer Markus Rehm mocht in de zomer van 2014 niet deelnemen aan het EK Atletiek, omdat de Duitse bond bang was dat zijn carbonprothese hem een voordeel zou opleveren ten opzichte van sporters zonder handicap. En toch hebben ook dit soort geavanceerde protheses van carbon en andere materialen een duidelijk nadeel: de drager kan ze simpelweg niet op dezelfde manier gebruiken als een natuurlijk lichaamsdeel. De huidige generatie handprotheses registreert spierbewegingen in de stomp, en dragers kunnen vaak hun hand openen en sluiten en voorwerpen beetpakken. Maar zonder sensorische feedback aan het zenuwstelsel kan de drager niet voelen wat hij beetpakt. En hij moet zijn prothese goed in de gaten houden, om te voorkomen dat hij het voorwerp kapot knijpt.
Vergelijkbaar met een natuurlijke hand
Met het project LifeHand 2 wisten onderzoekers enorme vooruitgang te boeken. De kunstmatige hand maakt fascinerende handelingen mogelijk: de drager kan voorwerpen beetpakken met een passende grijpkracht, en via contactsensoren kan hij zelfs voelen wat hij in zijn hand heeft. Het is zelfs voelbaar welke vingers er precies contact maken met het voorwerp. Hierbij zijn het formaat en het gewicht van de prothese vergelijkbaar met die van een natuurlijke hand. LifeHand 2 is voorzien van sensoren die de spanning in de kunstmatige pezen meten en de vingerbewegingen aansturen. Zo registreren ze hoe een voorwerp aanvoelt. Deze gegevens worden omgezet naar elektronische signalen, die worden overgedragen naar de zenuwen. Hiervoor zijn elektrodes aangebracht op de zenuwvezels die de signalen naar het brein leiden. Een computer vertaalt de signalen van de sensoren naar pulsen, die de zenuwen kunnen verwerken. Via elektrodes worden ze verder gezonden naar de nervus medianus in de pols en de nervus ulnaris in de ellenboog.
De bionische handprothese is ontworpen door een internationaal onderzoeksteam van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Bij de ontwikkeling waren zes onderzoeksinstituten betrokken uit Italië, Zwitserland en Duitsland. Professor Silvestro Micera ontwikkelde met zijn team van de Scuola Superiore Sant'Anna (SSSA) in Italië het systeem voor de sensorische terugkoppeling. Hierdoor kunnen patiënten weer iets voelen als ze objecten aanraken en verplaatsen.
In februari 2013 werd een prototype van de LifeHand 2 getest in het Gemelli-ziekenhuis in Rome, in het kader van een klinisch onderzoek onder leiding van Paolo Maria Rossini. Dennis Aabo Sørensen uit Denemarken meldde zich vrijwillig aan om de LifeHand 2 als eerste te testen. Hij was zijn hand negen jaar eerder kwijtgeraakt bij een ongeluk. Er werden vier microscopische interfaces aangebracht aan de hoofdzenuwen van zijn linkerarm. Na de implantatie van de elektrodes en de wondgenezing, kon de prothese worden aangesloten. Als Sørensen een voorwerp aanraakte, genereerden de sensoren van de prothese signalen die werden verwerkt door een computer. Een stimulator gaf ze vervolgens door aan de geïmplanteerde elektroden in zijn zenuwen, en uiteindelijk aan de hersenen. Het gehele proces van sensor naar brein duurde minder dan 100 milliseconden. Met dit soort minimale intervallen merken mensen geen vertraging in de overdracht. Sørensen kon dus direct voelen wat voor vorm, consistentie en positie objecten hadden, en deze informatie gebruiken om zijn vingers aan te sturen om de voorwerpen op te pakken met de juiste greep en een passende hoeveelheid kracht.
Het onderzoeksteam was verrast over de snelheid waarmee Sørensen leerde om de prothese te besturen. Voor de tests pakte Sørensen geblinddoekt voorwerpen op met de LifeHand. Hierbij kon hij niet alleen de kracht van zijn greep bepalen, maar ook de vorm en de textuur van de objecten beschrijven – hoewel hij ze niet kon zien.
Geavanceerde motoren van FAULHABER
Het gedetailleerde vakmanschap van de duim en vingers van de LifeHand wordt aangedreven door DC-micromotoren van FAULHABER. Met een diameter van slechts 13 millimeter en een lengte van 31 millimeter zijn de motoren licht en compact. Anders dan bij andere DC-aandrijvingen is de rotor bij de modellen van FAULHABER niet rond een kern van ijzer gewikkeld, maar bestaat deze uit een koperen spoel met een zelfdragend, schuin gewikkeld ontwerp. De FAULHABER-rotor heeft zichzelf overtuigend bewezen in het LifeHand-project, met een bijzonder lage traagheid en een bedrijf zonder restkoppel.
Producten