Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - Maar de huidige toestellen zoals de Lokomat, die al aangewend worden in de revalidatie van patiënten na een beroerte of ruggenmergletsel, zijn beperkt: ze bewegen slechts in één vlak, hebben geen enkel-actuatie, dragen het volledige lichaamsgewicht niet,...
De dingen zijn echter nog verschrikkelijk duur. Ze komen in kleine oplages en vergen veel handarbeid. Toch tellen ze nu al minder componenten dan een auto. Massaproductie kan de prijs drukken.
Op voorwaarde dat de sector niet verstrikt raakt in het web van bedrijven die zoveel patenten vergaren dat ze de facto een monopolie over alle creativiteit heen spreiden en daarna met hun advocaten nieuwkomers uit de markt drukken, veeleer dan met hun technologische ontwikkeling.
«Je moet snel genoeg met bedrijven starten om kennis op te bouwen», meent Bram Vanderborght, professor aan de Robotics & Multibody Mechanics reseach group van de VUB. De onderzoeksgroep werkt al decennia aan robots en exoskeletten die mensen helpen bij het revalideren. Het prototype van de VUB heet Altacro (Automated Locomotion Training Using Actuated Compliant Robotic Ortosis).
«Vaak zijn robots stijf en leggen ze de patiënt elke beweging op. Ons toestel is ‘compliant’ en heeft een ‘elastisch’ gedrag. In de beginfase van een therapie zal vooral de robot de patiënt doen bewegen. Naarmate de patiënt weer meester wordt over zijn spieren, zal hij van de robot overnemen. Dit nieuwe controleparadigma moet nu getest worden op patiënten».
Met Joris De Schutter van PMA aan de KUL wordt gewerkt aan een assistief exoskeleton dat fysiek zwakkere personen, bijvoorbeeld ouderlingen, tot 30% van de ontbrekende kracht kan bijleveren om o.a. autonoom uit een stoel recht te komen. «Je mag niet teveel assistentie leveren, want dan wordt de gebruiker te afhankelijk van de machinerie. Je moet de goede balans vinden».
Volgend jaar oktober wil Vanderborght echter met een volledig assistief prototype - waarbij het exoskeleton 100% assistentie kan verlenen aan een verlamde persoon - deelnemen aan Cybathlon 2016 waar verschillende technologieën zoals prothesen, exoskeletons en brain machine interfaces met elkaar vergeleken en gebenchmarked worden. Het event is ook bedoeld om investeerders te lokken, uiteraard.
Uitdagingen
De meeste bestaande assistieve robots zijn traag en duur. De jongste 6.0 van ReWalk Robotics (USA en Israël) bijvoorbeeld, die nu 2,6 km per uur haalt, kost 77.500 dollar. Evenveel als een Tesla. Bovendien zijn ze weinig energie-efficiënt. Batterijen lopen heel snel leeg. «De actuatietechnologie kan nog efficiënter», stelt Vanderborght.
Dat is wellicht een reden waarom Amerikaanse exoskeletons vaak hydraulisch aangestuurd worden. «Ze jagen veel vermogen en koppel door kleine pijpjes waardoor ze grote gewichten aankunnen en ook snel zijn. Maar je hebt steeds leidingen naar een compressor lopen. Toepassingen zijn er vooral in het militaire gebeuren».
Nochtans zijn er ook in de industrie tal van mogelijkheden voor robots, denk aan collaborerende robots of cobots, en exoskeletons. Die zouden werknemers kunnen assisteren in de job - door het aangeven van onderdelen, bijvoorbeeld - of de ‘crunch’ van niet-ergonomische werkhoudingen overnemen. Zo bijvoorbeeld de ‘chairolution’ die het Zwitserse noonee ontwikkelde.
Met deze ‘chairless chair’ kan een arbeider helemaal vrij bewegen, maar hij kan er ook de gewrichten van blokkeren. Deze exoskeleton-constructie draagt dan je gewicht wanneer je, bijvoorbeeld gedurende langere tijd een handeling moet uitvoeren in een zithouding».
In de auto-industrie zijn tal van jobs al geautomatiseerd of gerobotiseerd. Handenarbeid die er vandaag nog rest, blijkt steeds moeilijker te automatiseren. Begin volgend jaar wordt bij Audi een co-werkerrobot geïmplementeerd.
«Ons project met Audi kwam op de MRK-robot uit omdat het de enige was die reeds genormeerd is en de fabriek in mocht», zegt Vanderborght. De co-robot van MRK-Systeme GmbH, een systeem- en ontwikkelingspartner van de Duitse robotbouwer Kuka AG, is ingepakt in stootabsorberende kunststof en bevat capacitieve sensoren.
Alle aansturing en controles zijn redundant uitgevoerd. Kom je in de buurt van de robot, dan vertraagt die. «Wij werken multidisciplinair samen met sociologen en programmeurs en gaan na hoe arbeiders met deze cobots omgaan en communiceren».
Zo werkt de VUB via het iMinds project Claxon, dat gefinancierd wordt door IWT en Innoviris, samen met UHasselt, Robovision, AMS Robotics, Melexis (dat sensoren levert) maar ook met SoftKinetic (dat net overgenomen is door Sony) dat ‘time of flight’ cameratoepassingen ontwikkelt.
Snelheid en kracht
«Wij ontwerpen onze eigen elektronica», zegt Vanderborght. «Typisch wordt in dit soort toepassingen nog CAN-bus gebruikt maar voor ons is dat te traag. Wij opteren voor FlexRay of Ethercat die op 1 kHz lopen en transmissiesnelheden halen van 10 MB/sec».
Typisch voor research-robots/exoskeletten zijn motoren van 150 tot 200 Watt bij 36V. De onderzoeksgroep ontwikkelde hiervoor trouwens zijn eigen snelle sturingsborden die bovendien minder kabels vergen. Er lopen zo’n 27 kabels naar elk gewricht, voor de voeding en sturing van motoren en sensoren.
Het exoskeleton van de VUB telt 12 gewrichten. Er moet een gigantische hoeveelheid kabels naar de computer. Nu lopen er slechts twee vermogenskabels en twee communicatiekabels naar de verschillende nodes per gewricht. Dat wordt redundant uitgevoerd om positie en krachten op twee verschillende manieren te meten. De snelle sturingsbordjes werden reeds op drie exoskeletons geïmplementeerd. «We willen die ook in grotere series commercialiseren via een spin-off».
De groep werkt voorts aan polymeermaterialen om bewegingen pneumatisch aan te sturen. «Wij onderzoeken meer in het bijzonder zelfgenezende materialen voor soft robotics», zegt Vanderborght. In het verleden werkte de onderzoeksgroep aan Lucy, een tweebenige robot met McKibben pneumatische ‘spieren’ in vezelversterkte rubbers.
«Vandaag is het de bedoeling om met soft materials pneumatische vingers en grijpers te maken. Omdat die materialen slijten of geperforeerd kunnen worden, zoeken we met Diels-Alder polymeren naar mogelijkheden van zelfherstel». Alles gebeurt nog zeer artisanaal. «3D printen en serieproductie zal ook hier een groot verschil maken».
(foto's: LDS)
door Luc De Smet, Engineeringnet
Extra's:
Net zoals de cobot-toepassingen, komen nu ook exoskeletons schuchter naar de markt. Als dat zo ‘traag’ lijkt te gebeuren is dat «omdat het veel hardware betreft», vermoedt Bram Vanderborght.
«Met software kan je sneller opschalen. Hardware vergt meer handelingen. Elk toestel moet absoluut veilig zijn. Dat vergt niet alleen keuringen maar ook moet het hele landschap mee.
Denk aan het RIZIV,... heel wat barrières voor we het naar de markt kunnen brengen. De productie en de marktintroductie horen eigenlijk niet thuis aan de universiteit. Je moet investeerders hebben die met het verhaal mee willen en risico nemen».
Monopolie?
Google/Alphabet kocht de voorbije jaren in ijltempo een dozijn robotocabedrijven, zoals Boston Dynamics, Shaft, Industrial Perception, Redwood Robotics, Meka Robotics en Holomini, maar ook Bot & Dolly, Deepmind,...
Hiermee bouwt het in ijltempo een stevige portfolio van patenten op. Dat creëert het risico dat er een groep van enkele monopolisten ontstaat dat zoveel octrooien vergaart dat het via zijn advocaten veeleer dan via technologische ontwikkeling nieuwkomers uit de markt drukt....
