Mensen die door een progressieve spierziekte als Duchenne of ALS in een rolstoel zijn beland, ontbreekt het op een gegeven moment ook aan de spierkracht om hun eigen arm op te tillen. Zelfs eenvoudige handelingen, zoals een glas water pakken, worden daardoor een onoverkomelijk probleem.

“Met beweegbare armondersteuning kun je die mensen een deel van hun zelfstandigheid teruggeven”, vertelt promovendus Bob van Ninhuijs in het lab van Electromechanics and Power Electronics. “Die ondersteuning werkt nu nog met een mechanische veer, die de kracht levert die de patiënten niet meer zelf kunnen opbrengen. Maar als hun spieren nog verder achteruitgaan, is dat op een gegeven moment onvoldoende.”

Een geavanceerdere, elektronisch aangestuurde robotarm zou uitkomst kunnen bieden voor patiënten met een vergevorderde spierziekte. Van Ninhuijs kreeg de taak om voor deze robotarm een soort schoudergewricht te maken, die de hieraan bevestigde arm de benodigde bewegingsvrijheid verleent.

“Ook de elleboog moet kunnen bewegen, maar dat kan met een standaard elektrische motor”, zegt hij. “Een schoudergewricht nabootsen is een stuk lastiger omdat het een kogelgewricht is. Bovendien komt het grootste deel van de kracht van de arm hierop te rusten; de uitdaging was met name om het gewricht sterk genoeg te maken en toch energiezuinig. Je wilt de robotarm namelijk laten draaien op de accu van een rolstoel, en daarop is vaak ook de beademing aangesloten. Die accu moet dus zeker een dag meegaan.”

Op het unieke ontwerp is een patent verkregen

De meeste energie gaat zitten in het overwinnen van de zwaartekracht. Daarom ontwierp Van Ninhuijs voor de binnenkant van het gewricht een combinatie van een magnetisch ‘kop’ die in een eveneens magnetisch ‘kom’ past. Door de richting van deze permanente magneetvelden goed te kiezen, kreeg hij het voor elkaar dat het gewricht vrij kan draaien in het horizontale vlak, maar in verticale richting de zwaartekracht door magnetische krachten wordt gecompenseerd. Dat ontwerp is volgens de promovendus dusdanig uniek dat er patent op is verkregen.

Om de magnetische kern heen maakte Van Ninhuijs een tweede kogelgewricht, met wederom een permanent magnetische kop en ditmaal een kom met spoeltjes - elektromagneetjes waarmee actief bewegingen in een specifieke richting kunnen worden ondersteund. “Daar heb je relatief weinig kracht voor nodig. Als we de zwaartekracht ook met elektromagneten hadden gecompenseerd, dan zou het geheel zeker tien keer zoveel energie verbruiken.”

Aan het actief aansturen is de promovendus overigens niet toegekomen. Hij hoopt dan ook dat zijn werk zal worden voortgezet. “Mijn onderzoek maakte deel uit van een groter project met verschillende partners, dus ik heb daar wel goede hoop op.”

Mocht zijn vinding onverhoopt nooit bij spierpatiënten terechtkomen, dan nog ziet hij een toekomst voor zijn magnetische zwaartekrachtscompensatie. “Het principe is veel breder toepasbaar. Zeker ook in de industrie; bijvoorbeeld in lasrobots.”