Nieuw systeem laat exoskelet met behulp van AI zelfstandig denken

Exoskeletten kunnen uitkomst bieden voor mensen van wie de bewegingsvrijheid is beperkt. De aansturing van deze exoskeletten is in de praktijk één van de grootste uitdagingen. Een nieuw systeem zet kunstmatige intelligentie (AI) en laat een exoskelet hiermee zelfstandig denken.

Het gaat om een systeem dat wordt ontwikkeld door onderzoekers van het Waterloo Artificial Intelligence Institute (Waterloo.ai) van de Amerikaanse Universiteit van Waterloo. Exoskeletten zijn niet nieuw. Onder meer in Nederland gebeurt veel op dit vlak. Denk hierbij aan dwarslaesiepatiënt Ruben de Sain, die dankzij een exoskelet in 2015 weer zelf stappen kon zetten. De Sain moest het exoskelet na een proefperiode weer inleveren. Het exoskelet beviel echter zo goed dat Ruben in 2016 een crowdfundingactie startte voor de aanschaf van een eigen exoskelet. Aan het exoskelet hangt een prijskaartje van 80.000 tot 100.000 euro.

Beperkingen

Huidige exoskeletten kennen echter hun beperkingen. Zo is een exoskelet voorzien van allerlei motors die in feite fungeren als spieren. Gebruikers sturen deze motoren in de praktijk handmatig aan. Dit is niet alleen onhandig, maar ook cognitief veeleisend. Zo moeten gebruikers iedere keer dat zij bijvoorbeeld hun been willen verplaatsen hiertoe bewust opdracht geven.

Het nieuwe systeem waaraan de Universiteit van Waterloo werkt moet uitkomst bieden. Bij dit systeem sturen gebruikers het exoskelet niet handmatig aan, maar is dit proces geautomatiseerd. Dit betekent in de praktijk dat het exoskelet anticipeert op zowel de bewegingen van zijn gebruiker als de directe omgeving waarin het zich bevindt. Zo kan het systeem met behulp van sensoren onder meer trappen en deuren herkennen, en zijn bewegingen hierop aanpassen.

Autonome exoskeletten die zelf lopen

“Onze besturingsaanpak vereist niet noodzakelijk menselijke gedachten”, zegt Brokoslaw Laschowski, die het ExoNet project van de Universiteit van Waterloo leidt. Laschowski werkt aan het project onder leiding van hoogleraar John McPhee, de Canada Research Chair in Biomechatronic System Dynamics. “Vergelijkbaar met autonome voertuigen die zichzelf besturing ontwerpen zij autonome exoskeletten die zelf lopen.”

Een dergelijk exoskelet verbruikt energie. De energie-efficiëntie van het systeem is dan ook een belangrijk aandachtspunt. De onderzoekers kijken onder meer naar het inzetten van menselijke bewegingen voor het opwekken van elektriciteit en daarmee opladen van de ingebouwde accu’s. Eerste experimenten wijzen uit dat exoskelet indien gedragen door gezonde jongvolwassenen per loopbeweging 19 joules kan genereren, terwijl zitten en opstaan 26 joules genereert. De onderzoekers willen nog in kaart brengen hoeveel energie wordt opgewekt indien senioren of revalidatiepatiënten het exoskelet dragen.

In de volgende fase richten de onderzoekers zich op het sturen van instructies naar de motors van het exoskelet. Het exoskelet moet hierdoor bijvoorbeeld zonder input van gebruikers trappen kunnen beklimmen of obstakels kunnen ontwijken.

Auteur: Wouter Hoeffnagel