Tijdens de voorbereiding van de Olympische Zomerspelen van 2008 ontstond er discussie rond hardloper Oscar Pistorius. Bij Pistorius zijn beide benen geamputeerd omdat ze door een genetisch defect misvormd waren. Voor het hardlopen gebruikt hij J-vormige protheses. Er werd gedacht dat de koolstofvezel protheses de atleet een oneerlijk voordeel geven ten opzichte van andere hardlopers.
Volgens Dr. Steven Collins, werkzaam bij het BioRobotica laboratorium van de TU Delft, gaan we de komende jaren nog verrast worden door de ontwikkelingen op het gebied van menselijk lopen. Atleten als Pistorius zullen steeds vaker hun ‘normale’ collega’s voorbijstreven, maar ook voor minder sportieve mensen zijn er ontwikkelingen op het loopgebied. Collins ontwikkelde in samenwerking met de University of Michigan een voetprothese die de natuurlijke beweging van voeten simuleert. Het lopen met deze prothese moet de drager minder energie gaan kosten dan lopen met huidige protheses.
Op het filmpje hieronder is een opname van het systeem te zien. Bij het neerkomen van de voet spant de hiel een veer vlak achter het scharnier aan. De veerkracht wordt tijdelijk opgeslagen door de hiel vast te zetten. Deze opgeslagen kracht wordt aan het eind van de stap door de voorkant van de voet gebruikt om af te zetten naar de volgende stap.
Het idee om tijdens de stap energie her te gebruiken is niet nieuw. Collins: “Aan de voetprothese is de laatste vijftig jaar nauwelijks iets verbeterd. Conventionele protheses bieden ook wel de mogelijkheid om energie op te slaan, maar de timing van de teruggave is verre van optimaal. Bovendien had men tot nu toe relatief grote batterijen en motoren nodig. Het benodigde vermogen van deze nieuwe prothese is daarentegen zeer laag, minder dan 1 Watt.” Ter vergelijking: een fietslampje heeft een benodigd vermogen van ongeveer 3 Watt.
Dat deze optimalisatie vruchten afwerpt is duidelijk meetbaar. Door het zuurstofverbruik van proefpersonen te meten kunnen de onderzoekers berekenen hoeveel energie diegene nodig heeft om te lopen. Lopen met conventionele protheses blijkt 23% meer energie te kosten dan normaal, het nieuwe systeem brengt die extra inspanning terug tot 14%.
Voetproblemen komen veel voor bij diabetici, 1 op de 4 krijgt er last van. Dit leidt bij 1 op de 15 tot amputatie van een of beide voeten. Per jaar worden er zo’n 2400 amputaties uitgevoerd bij 1700 patienten. De nieuwe prothese kan voor deze groep mensen de kwaliteit van leven sterk verbeteren. (Bron: diabetesfonds.nl)
Commercieel
Tot voor kort is het prototype alleen nog getest op proefpersonen die beide voeten nog hadden. Ze kregen voor de proeven een laars aan waardoor ze hun enkels niet konden bewegen. Op dit moment worden in de VS ook tests uitgevoerd met mensen die daadwerkelijk een voet missen. Groepen die veel van dit systeem zullen profiteren zijn bijvoorbeeld oorlogsveteranen en diabetici. Fabrikanten van kunstvoeten zijn wel in het nieuwe ontwerp geïnteresseerd. Problemen met de toepassing hebben volgens Collins meer te maken met procedures dan met het systeem zelf. Hij verwacht dat het systeem binnen vijf jaar commercieel toegepast zal worden.
Bron
Steven H. Collins, Arthur D. Kuo, Recycling Energy to Restore Impaired Ankle Function during Human Walking, PLoS ONE 5(2): e9307.
Zie ook
- Rennen ten voeten uit (Kennislink achtergrondartikel)
- TU Delft biorobotics lab (Engels)