EEN IDEE GEEFT DE WERELD RUGGENSTEUN

Het is niet besmettelijk of dodelijk, maar het is wel een hardnekkig probleem met enorme maatschappelijke kosten: ontzettend veel mensen lijden onder chronische rugklachten. Met een gemotoriseerd exoskelet kunnen patiënten hun kwetsbare lendenwervelkolom ontzien. De Franse fabrikant JAPET vertrouwt hiervoor op motoren van FAULHABER. Tenslotte vereisen zijn producten de hoogste kwaliteit – en iedere gram telt.

Rugpijn veroorzaakt 1 op de 10 ziekmeldingen en is verantwoordelijk voor 13% van de medisch vervroegde pensioenen. Niet minder dan 80% van de mensen heeft zelf ervaring met rugpijn. Voor 10 tot 20% van de bevolking is de pijn zelfs chronisch. Dit zijn statistieken uit Frankrijk, waar de jaarlijkse gevolgkosten voor de economie en de gezondheidszorg worden geschat op 20 miljard. In andere ontwikkelde landen zien de cijfers er niet beter uit.

De meest voorkomende oorzaken van chronische rugpijn zijn negatieve belastingen en voortdurende overbelasting. Met één eenvoudige regel kunnen mensen mensen deze verkeerde belasting voorkomen: altijd tillen vanuit de benen en met een rechte rug. Maar in het dagelijks leven – en zeker ook tijdens het werk – is het vaak lastig om deze regel op te volgen. Een patiënt uit bed helpen, pakketjes uit een bestelwagen tillen, zware onderdelen hanteren in een productieproces, of werken met zwaar draagbaar gereedschap op een bouwplaats: het is simpelweg niet bij alle werkzaamheden goed mogelijk om de rug alleen in een ergonomische houding te belasten. Onvermijdelijk belasten opgetilde gewichten een gebogen rug.

Hefboomwerking verergert het probleem
De hefboomwerking heeft hier een bijzonder negatieve uitwerking: afhankelijk van de exacte lichaamshouding kan een pakket van 10 kilo een kracht van 50 kilo uitoefenen op de tussenwervelschijven van de lendenwervelkolom. Deze natuurlijke schokdempers bestaan uit vezelkraakbeen. Dat is sterk en kan een hoop hebben, maar het wordt wel ouder. Als deze tussenwervelschijven constant verkeerd belast worden, slijten ze vroegtijdig. Het kraakbeen krimpt, de dempende werking neemt af en ook het botweefsel ernaast verandert, vaak met pijnlijke gevolgen. Bij een hernia scheurt de tussenwervelschijf zelfs. De kern glijdt weg en duwt tegen de omliggende zenuwen, wat extreme pijn veroorzaakt.

Antoine Noel, roboticatechnicus en sinds 2015 samen met Amelie Blondeaux en Damien Bratic oprichter van het Franse bedrijf Japet: “Als de verkeerde belasting niet consequent kan worden vermeden, moeten er maatregelen worden overwogen ter ontlasting. Ons doel was om een actief ondersteunend korset te ontwerpen voor de onderrug. Dit moet ongewenste belasting compenseren met motorkracht en zo de tussenwervelschijven beschermen.”

Ontlasting door actuatoren
Het resultaat van hun werk is een exoskelet, de Japet.W. In principe bestaat het skelet uit twee riemen, die onderling verbonden zijn met vier actuatoren, twee aan iedere kant van het lichaam. De bovenste riem ondersteunt de rug, de onderste riem bevindt zich op de heupen. De actuatoren zijn zogeheten SEA-actuatoren, voor series-elastic actuators. Ze registreren welke kracht er op hen uitgewerkt wordt en gebruiken vervolgens hun eigen motorkracht om die te compenseren.

De belangrijkste componenten zijn een motor, een spindel en een veer. Een potentiometer meet de kracht die wordt uitgeoefend, bijvoorbeeld als de drager van het exoskelet voorover buigt om een gewicht op te tillen. Dit meetsignaal vormt het startsignaal voor de motor, die met een tandwielkast is gekoppeld aan een spindel. De omwenteling van de spindel draagt de motorkracht over naar de veer. Deze drukt vanaf de onderste riem naar de bovenste riem en levert zo ondersteuning voor het bovenlichaam, wat de onderrug ontlast. De drager kan kiezen uit vier verschillende ondersteuningsniveaus om te bepalen hoeveel werk het skelet overneemt. De controller en de batterij zijn geïntegreerd in de dubbele riem.

Noel legt uit: “De extra belasting van de heupen door de toegevoegde druk is minimaal, en ze kunnen probleemloos veel zwaardere gewichten aan. Tegelijkertijd wordt er significant minder druk uitgeoefend op de lage ruggenwervels. Vooral de overmatige belasting van de tussenwervelschijven in een gebogen positie wordt een stuk minder, of verdwijnt zelfs volledig. En tegelijkertijd krijgt het bovenlichaam ook een betere houding.”

Micromotoren tillen vier auto's op
De oprichters van Japet leerden FAULHABER kennen op een vakbeurs. Op dat moment was het bedrijf nog een technisch testlaboratorium in een klein kamertje van een Noord-Frans ziekenhuis. De eerste verkoop was nog lang niet in zicht. In hun eerste testskeletten werkten de drie ondernemers met goedkope, luidruchtige motoren met een matige aansturing. Maar de experts van FAULHABER zagen wel wat in de ideeën van de jonge uitvinders. Ze ondersteunden het team met uitgebreid advies en prototypes van hoogwaardige motoren, die konden leveren wat hun veeleisende toepassing nodig had. “Dat speelde een grote rol om ons product klaar te maken voor serieproductie”, benadrukt Noel.

In het exoskelet Japet.W leveren vier DC-motoren met edelmetaalcommutatie uit de serie 1524...SR de kracht die nodig is om de wervelkolom te ontlasten. Planetaire tandwielkasten uit de 15A-serie met een reductieverhouding van 52:1 dragen de belasting over. Het skelet wordt natuurlijk op het lichaam gedragen, dus iedere gram telt. Met slechts 18 gram per motor leveren de aandrijvingen slechts een fractie van het totale gewicht. Toch zijn ze sterk genoeg om gedurende de werkdag het gewicht van drie tot vier middelgrote personenauto's over te nemen van de tussenwervelschijven.

Japet keek niet alleen naar de verhouding tussen volume en kracht, maar ook naar kwaliteit en betrouwbaarheid: “Het exoskelet is een gecertificeerd medisch product”, legt Noel uit. “Hiervoor gelden strenge normen. Bovendien moet het skelet de drager continu ondersteunen, gedurende lange tijd – en idealiter zonder onderhoud. Dankzij de aandrijvingen van FAULHABER is dat mogelijk.”

De Japet.W is inmiddels iets meer dan een jaar op de markt. Talrijke sectoren maken al gebruik van deze steun in de rug, inclusief de spoorwegen, de bouw en de zorg. Met het exoskelet kan de ontwikkeling van chronische rugpijn worden teruggedrongen. Het wordt echter ook gebruikt door mensen die hier al onder lijden, en die zoeken naar een manier om verder te kunnen werken. “75% van alle gebruikers die al eerder rugpijn hadden tijdens het werk, melden een effectieve vermindering van die pijn,” vertelt Noel. “Medisch gezien is dat een indrukwekkend percentage, vooral omdat chronische rugpijn bijzonder hardnekkig is en lastig te behandelen. Omdat we over het algemeen allemaal langer blijven werken, en omdat de kennis van oudere medewerkers steeds waardevoller wordt, heeft het exoskelet ook vanuit economisch opzicht enorm veel potentieel.”

  Meer weten…