Robotische stok helpt personen met verminderde mobiliteit

Een team van onderzoekers aan Columbia Engineering onder leiding van Sunil Agrawal, professor in mechanische techniek en revalidatie- en regeneratieve geneeskunde aan Columbia Engineering, hebben een eenvoudige stok omgevormd tot een robotapparaat met lichtaanrakingondersteuning. Het nieuwe apparaat, genaamd CANINE, kan worden gebruikt om ouderen en mensen met verminderde mobiliteit te helpen. Het team van onderzoekers voegde elektronica en computationele technologie toe aan de klassieke stok. De studie is gepubliceerd in de IEEE Robotics and Automation Letters. 

Het team heeft laten zien hoe een autonome robot “kan lopen” met de mens en lichtaanrakingondersteuning biedt. Het is vergelijkbaar met hoe een persoon, wanneer hij probeert zijn evenwicht te behouden, een persoon naast hem aanraakt voor ondersteuning. 

Sunil Agrawal sprak over de nieuwe technologie die wordt gebruikt om mensen met mobiliteitsproblemen te helpen. Hij is ook lid van het Data Science Institute van Columbia University. 

“Vaak hebben ouderen baat bij licht handje vasthouden voor ondersteuning,” zei hij. “We hebben een robotstok ontwikkeld die is bevestigd aan een mobiele robot die automatisch een lopende persoon volgt en ernaast loopt. De proefpersonen lopen op een mat met sensoren die de staplengte en loopritme registreren, eigenlijk de ruimte- en tijdsparameters van lopen, zodat we de manier van lopen van een persoon en de effecten van lichtaanraking daarop kunnen analyseren.” 

De robotstok, of CANINE, is een soort mobiele assistent. Het kan helpen bij iemands proprioceptie, wat zelfbewustzijn is tijdens verschillende activiteiten zoals lopen. Dit zal helpen bij de stabiliteit en balans van de individu. 

Joel Stein, een Simon Brauch Professor of Physical Medicine and Rehabilitation en co-auteur van de studie, sprak over de nieuwe technologie. Stein is ook voorzitter van de afdeling Revalidatie- en regeneratieve geneeskunde van het Columbia University Irving Medical Center. 

“Dit is een novatieve aanpak om ondersteuning en feedback te bieden voor individuen die hun omgeving navigeren,” zei Stein. “Deze strategie heeft potentieel toepassingen voor een verscheidenheid aan aandoeningen, vooral voor individuen met loopstoornissen.” 

Het team testte het nieuwe CANINE-apparaat met 12 gezonde jonge mensen. Zij kregen virtuele realiteitsbrillen die werden gebruikt om een visuele omgeving te creëren, een omgeving die de gebruiker heen en weer en voor- en achteruit schudt. Dit zorgt ervoor dat ze uit balans raken. 

Na heen en weer geschud te zijn, liepen de individuen 10 rondes op de instrumentmat. Zij hadden eerst geen CANINE-apparaat, maar gebruikten het de tweede keer. Hun manier van lopen werd getest met visuele perturbaties, en het team van onderzoekers vond dat de lichtaanrakingondersteuning van het CANINE-apparaat hielp bij het verkleinen van de stappen. Smalle stappen betekenden een vermindering van de basis van ondersteuning. Dit resulteerde in een kleinere oscillatie van het zwaartepunt en een toename van de stabiliteit wanneer de individuen liepen. 

“De volgende fase in ons onderzoek zal zijn om dit apparaat te testen op ouderen en mensen met balans- en loopstoornissen om te bestuderen hoe de robotstok hun manier van lopen kan verbeteren,” zei Agrawal. “Bovendien zullen we nieuwe experimenten uitvoeren met gezonde individuen, waarbij we hun hoofd-halsbeweging zullen verstoren, naast hun visie, om vestibulair deficiëntie bij mensen te simuleren.” 

Agrawal is ook de directeur van het Robotics and Rehabilitation (ROAR) Laboratory. 

Mobiliteitsbeperking is een probleem voor 4% van de mensen in de leeftijd van 18 tot 48 jaar, maar het is een veel groter probleem voor ouderen. 35% van de mensen tussen de 75 en 80 jaar lijden aan mobiliteitsbeperking. Dit veroorzaakt een gebrek aan onafhankelijkheid en een lagere kwaliteit van leven. 

Naarmate de bevolking ouder wordt en er meer ouderen zijn in vergelijking met jongeren, zal dit probleem toenemen. 

“We zullen andere vormen van ondersteuning nodig hebben voor een ouder wordende bevolking,” zei Agrawal. “Dit is een technologie die het potentieel heeft om de kloof in de zorg redelijk goedkoop te vullen.”