Binnen Project MARCH zet een jaarlijks wisselend team van 25 gemotiveerde studenten van de TU Delft een jaar hun studie stop om met elkaar een veelzijdig en gebruiksvriendelijk exoskelet te ontwerpen. Jip Buis, Team Manager 2019-2020, ging in gesprek met MTIntegraal over het project en over het exoskelet.
Project MARCH
Project MARCH is vijf jaar geleden opgezet als een van de twaalf DreamTeams van de TU Delft: een project waar studenten op eigen initiatief en zonder hulp van docenten aan werken. Het enige wat de universiteit faciliteert is de locatie. Qua financiering is het team afhankelijk van sponsoren. Er wordt dan ook geen winst gemaakt en iedereen werkt vanuit intrinsieke motivatie. Ieder jaar bouwt het desbetreffende team aan een (nieuw) exoskelet om hiermee de kwaliteit van leven van dwarslaesiepatiënten te verhogen.
De bouw van het exoskelet geschiedt middels een zestal fasen. Allereerst is er de analysis phase, waarbij het nieuwe team onder andere middels literatuuronderzoek kennis opdoet over het exoskelet en over alle relevante informatie die gebruikt wordt voor onderzoek. Vervolgens werken de teamleden in de ideation phase hun eerste ideeën uit, waarop de concept phase volgt. Hierbinnen vinden er feedbacksessies plaats en krijgen de studenten daarnaast tips van vorige teams. De reden dat dit niet eerder gebeurt, is dat er binnen het project groot belang wordt gehecht aan jaarlijkse innovatie en eigen input door nieuwe teamleden. Na deze concept phase vindt de embodiment phase plaats, waarin de concepten een concrete uitwerking krijgen en de productie van het skelet plaatsvindt. Vervolgens doet het team systeemaanpassingen en vindt het air- en groundgaiten plaats, waarmee bepaalde aspecten worden getest.
Bij het airgaiten ‘loopt’ het exoskelet door de lucht en tijdens het groundgaiten wordt hier extra weerstand aan toegevoegd omdat skelet zich dan over de grond beweegt – weliswaar ondersteund door de ‘coach’ die erachter loopt. De meest tijdrovende en tevens laatste fase is de testing phase. Hierin ligt de prioriteit en focus op het trainen met de piloot – degene die het pak zelf aanstuurt en in controll is. De afgelopen drie jaar is Sjaan Quirijns de piloot van Project MARCH. Zij is in contact gekomen met het studententeam tijdens haar trainingstraject bij de Sint Maartenskliniek – de enige kliniek in Nederland die deze trainingsprogramma’s aanbiedt en waarmee Project MARCH dan ook nauw samenwerkt.
Cybathlon
Naast een bijdrage aan het welzijn van personen met een dwarslaesie is technische innovatie en verbetering ook een belangrijk aspect van het project. Eerdere teams van Project MARCH namen met hun prototypes dan ook deel aan Cybathlon Experience events waarbij de progressie van de ontwikkeling werd gemeten. Het huidige team heeft zichzelf echter ten doel gesteld van hun exoskelet het beste ter wereld te maken door het winnen van de Cybathlon 2020: een internationaal evenement dat slechts eens in de vier jaar plaatsvindt en gehouden wordt in Zwitserland.
Bij deze wedstrijd gaat Project MARCH de strijd aan met achttien tegenstanders afkomstig uit twaalf verschillende landen voor het winnen van de Powered Exoskeleton Race. Het exoskelet trotseert hierbij binnen 10 minuten zes obstakels – die reflecties zijn van dagelijkse activiteiten als traplopen. Omdat het technisch niet haalbaar was om tussen september en 2 en 3 mei – de datum van de Cybathlon – een compleet nieuw exoskelet te bouwen, heeft het team ervoor gekozen om MARCH IV – het prototype uit 2018-2019 – verder te ontwikkelen tot MARCH IVc. Echter, vanwege de maatregelen omrent het Coronavirus is het fysieke evenement afgelast en zal er in de herfst van 2020 een virtuele wedstrijd plaatsvinden.
Ondanks deze tegenslag hebben de teamleden zich niet laten ontmoedigen en zijn ze doorgegaan met het doen van nieuw onderzoek naar het exoskelet, iets wat aanvankelijk pas gepland stond voor na de wedstrijd. Zo wordt er nagedacht over alternatieven voor de motorcontrollers, omdat de huidige iMotionCubes voor enkele problemen hebben gezorgd. Verder is er veel onderzoek naar nieuw materiaal, bijvoorbeeld voor de botten. Ook wordt er gekeken naar andere aansturingsmiddelen. Met het huidige model loopt de piloot namelijk nog met krukken waarin een ingebouwd bedieningspaneel bevestigd zit. Omdat het voor de piloot uiteraard prettiger is om de handen vrij te hebben, is het team bezig met experimenten voor een zelf-balancerend exoskelet waarbij de krukken niet langer nodig zijn (zie hiervoor ook het artikel ‘Gebalanceerd lopen met een exoskelet’).
Tevens wordt er geëxperimenteerd met een nieuw soort gewricht dat hydraulisch wordt aangestuurd. Deze manier van aansturen is schokdempend en brengt een andere gewichtsverdeling met zich mee. Hiermee komt er meer gewicht bij de backback in plaats van bij de gewrichten in de benen.
Als de belangrijkste innovatie van de MARCH IV ten opzichte van zijn voorgangers geldt het zijwaarts bewegen middels een extra heupgewricht. Bij het verder ontwikkelen van dit prototype benoemt Jip het feit dat er gewerkt moest worden met een bestaand systeem als de grootste moeilijkheid. Hierdoor was er weinig tijd en ruimte voor drastische veranderingen. Verder was het – met name in het begin – lastig dat er veel bestaande dingen moesten worden opgelost omdat dit langer duurde dan aanvankelijk gedacht werd. Hierbij diende zich tevens steeds een dilemma aan: het zoeken naar het onderliggende probleem in het huidige systeem of het toevoegen van nieuwe features zonder zekerheid te hebben dat dit ook daadwerkelijk probleemoplossend zal zijn.
Omdat voor het hele team het winnen van de Cybathlon als belangrijkste doel geldt en alle teamleden dan ook dezelfde prioriteiten stelden, leverde deze uitdaging echter geen onderlinge onenigheid op en bleef er sprake van een goede samenwerking. Er is dan ook veel progressie geboekt in de afgelopen maanden. Jip noemt hierbij de ‘piek-errorcontrol’ als een van de grootste ontwikkelingen van de MARCH IVc. Hiermee worden error-veroorzakende artefacten in de energievoorziening voorkomen en daalt de kans dat het apparaat plotseling stilstaat. Ook kan het exoskelet hierdoor aanzienlijk soepeler bewegen.
Technische gegevens en praktische zaken
Hoewel de teamleden van Project MARCH dus bezig zijn met het experimenteren met nieuwe materialen, bestaat het exoskelet nu voornamelijk nog uit aluminium. Daarnaast zijn de kappen die over de heup- en beengewichten heen zijn geplaatst gemaakt met de 3D-printer. Dankzij dit lichtgewichte materiaal is de massa van het exoskelet teruggebracht naar 34 kilo. Aangezien er in principe ieder jaar een nieuw prototype wordt gemaakt en onderzoek naar de slijtvastigheid van het materiaal hierdoor geen vast onderdeel van het project is, zegt Jip dat het lastig te zeggen is hoe lang de materialen mee gaan. Wel vertelt ze dat er soms bepaalde onderdelen uit een eerder prototype worden gebruikt en dat hieruit is gebleken dat bijvoorbeeld de gewrichten vrij lang mee gaan. Ter vergelijking geeft de fabrikant van het commerciële exoskelet ReWalk een gebruiksgarantie van vijf jaar.
De hoeveelheid energie in de batterij van het exoskelet wordt middels een app bijgehouden. Hoe lang de accu meegaat is medeafhankelijk van het looppatroon. Zo vergt lopen bijvoorbeeld minder energie dan het beklimmen van traptreden. Uit veiligheid en ter voorkoming van een error worden de accu’s van de MARCH-prototypen iedere 45 minuten vervangen, maar vanwege de duur van het Cybathlon-parcours is de minimale accuduur in ieder geval 10 minuten.
Hoewel het exoskelet de gebruiker naast een grotere bewegingsvrijheid ook gezondheidsvoordelen biedt zoals sterkere botten en een betere darmwerking, vallen de kosten hiervoor momenteel helaas buiten de vergoeding van zorgverzekeraars. Omdat het om hoge bedragen gaat – het eerder genoemde exoskelet ReWalk kost bijvoorbeeld tussen de 80.000 en 100.000 euro – is de vraag naar exoskeletten dan ook klein.
Toekomst
Inmiddels zijn de nieuwe leden voor het studententeam van 2020-2021 al gekozen. Zij zijn van plan om een volgend exoskelet te gaan bouwen, maar door de huidige situatie omrent het Covid-19 virus is het voor nu nog onzeker of dit zal gaan lukken.
Zoals genoemd valt een exoskelet op dit moment nog buiten de vergoeding van de zorgverzekeraar. Wel zijn er binnen verzekeringsmaatschappij ONVZ mogelijke plannen om het exoskelet in een calamiteitenpolis op te nemen. Wanneer de polishouder een dwarslaesie zou krijgen, kan deze onder bepaalde voorwaarden in aanmerking komen voor een exoskelet. Of een dergelijke vergoeding daadwerkelijk zal resulteren in een verhoogde vraag naar dit hulpmiddel, is onbekend.
Dat er in de (nabije) toekomst naast exoskeletten ook andere technieken beschikbaar zullen komen om dwarslaesie-patiënten te mobiliseren acht Jip aannemelijk gezien de hoge snelheid waarmee de technologie zich ontwikkelt. Hierbij kan gedacht worden aan door de hersenen aangestuurde technieken, maar op de kortere termijn vooral aan het eerder genoemde zelf-balancerende exoskelet.
