Een nieuwe 3D-geprinte handprothese kan de bewegingspatronen van de drager leren om geamputeerde patiënten te helpen bij het uitvoeren van dagelijkse taken, meldt een onderzoek dat deze week is gepubliceerd in Wetenschap Robotica .

Een ledemaat verliezen, hetzij door ziekte of ongeval, kan emotionele en fysieke uitdagingen vormen voor een geamputeerde, hun kwaliteit van leven aantasten. Prothetische ledematen kunnen erg nuttig zijn, maar zijn vaak duur en moeilijk te gebruiken. Het Biological Systems Engineering Lab aan de Universiteit van Hiroshima heeft een nieuwe 3D-geprinte prothesehand ontwikkeld in combinatie met een computerinterface, wat is hun goedkoopste, lichtste model dat meer reageert op bewegingsintentie dan voorheen. Vorige generaties van hun prothetische handen zijn gemaakt van metaal, wat zwaar en duur is om te maken.

Professor Toshio Tsuji van de Graduate School of Engineering, Hiroshima University beschrijft het mechanisme van deze nieuwe hand- en computerinterface met behulp van een spelletje "Rock, Papier, Schaar." De drager stelt zich een handbeweging voor, zoals het maken van een vuist voor Steen of een vredesteken voor Schaar, en de computer die aan de hand is bevestigd, combineert de eerder geleerde bewegingen van alle 5 de vingers om deze beweging te maken.

"De patiënt denkt alleen maar aan de beweging van de hand en dan beweegt de robot automatisch. De robot is als een deel van zijn lichaam. Je kunt de robot besturen zoals je wilt. We zullen het menselijk lichaam en de machine combineren als één levend lichaam." legt Tsuji uit.

Elektroden in de koker van de prothetische apparatuur meten elektrische signalen van zenuwen door de huid - vergelijkbaar met hoe een ECG de hartslag meet. De signalen worden naar de computer gestuurd, die slechts vijf milliseconden nodig heeft om te beslissen welke beweging het zou moeten zijn. De computer stuurt vervolgens de elektrische signalen naar de motoren in de hand.

Het neurale netwerk (genaamd Cybernetic Interface), waarmee de computer kan "leren, " werd getraind om bewegingen van elk van de 5 vingers te herkennen en deze vervolgens te combineren in verschillende patronen om schaar in steen te veranderen, pak een waterfles of om de kracht te beheersen die wordt gebruikt om iemand de hand te schudden.

"Dit is een van de onderscheidende kenmerken van dit project. De machine kan eenvoudige basisbewegingen leren en vervolgens combineren en vervolgens gecompliceerde bewegingen produceren, ' zegt Tsuji.

Hiroshima University Biological Systems Engineering Lab testte de apparatuur met patiënten in het Robot Rehabilitation Centre in het Hyogo Institute of Assistive Technology, Kobe. De onderzoekers werkten ook samen met het bedrijf Kinki Gishi om de koker te ontwikkelen voor de arm van de geamputeerde patiënt.

Voor dit onderzoek werden zeven deelnemers geworven, waaronder een geamputeerde die al 17 jaar een prothese droeg. De deelnemers werd gevraagd om verschillende taken met de hand uit te voeren die het dagelijks leven simuleerden, zoals het ophalen van kleine voorwerpen, of hun vuist balden. De nauwkeurigheid van prothetische handbewegingen gemeten in het onderzoek voor enkelvoudige beweging was meer dan 95 procent, en ingewikkeld, ongeleerde bewegingen was 93 procent.

Echter, deze hand is niet helemaal klaar voor alle dragers. Het langdurig gebruiken van de hand kan belastend zijn voor de drager, aangezien deze zich op de handpositie moet concentreren om deze vol te houden, die spiervermoeidheid veroorzaakten. Het team is van plan een trainingsplan op te stellen om de hand zo goed mogelijk te gebruiken en hoopt dat het een betaalbaar alternatief wordt op de prothesemarkt.