Voor mensen in een rolstoel of met een beenprothese kunnen kleine hindernissen onoverwinbare barrières worden. Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart hebben een methode ontwikkeld die oneffenheden of trappen opspoort met behulp van radar. De informatie die hierdoor wordt ingewonnen kan in de orthopedische techniek worden gebruikt om protheses of rolstoelen te besturen en te stabiliseren.
Trappen en oneffen wegen zijn voor rolstoelgebruikers vaak onoverwinbare hindernissen. Ook voor dragers van beenprotheses kunnen ze gevaarlijk zijn omdat het kunstmatige lichaamsdeel – anders dan natuurlijke knie- of enkelgewrichten – geen compensatiebewegingen maakt.
Het doel van het onderzoek is om rolstoelen en protheses ‘intelligent’ te maken. Een team onderzoekers van de afdeling Biomechanische Systemen aan Fraunhofer-IPA heeft een sensorsysteem ontwikkeld dat helpt om hindernissen tijdig te herkennen en te overwinnen.
Radar on chip
Het hart van de nieuwe techniek wordt gevormd door Radar-on-Chip sensoren voor het scannen van de omgeving. Vergeleken met ultrasone of lasersensoren, die traditioneel worden gebruikt voor de besturing van robots, hebben de radarchips enkele voordelen. Ze zijn duidelijk lichter en kleiner en zijn daarom zeer geschikt voor mobiele toepassingen. Ze functioneren ook buiten besloten ruimten.
Voor toepassing in de orthopedische techniek is dat een groot voordeel, opdat patiënten de nieuwe functies in zo veel mogelijk situaties kunnen gebruiken. Goedkope radarchips hebben echter ook een nadeel: ze beschikken niet over een antenne die zowel signalen kan uitzenden als de gereflecteerde straling kan ontvangen.
Met deze configuratie kunnen alleen voorwerpen zichtbaar worden gemaakt die direct worden geraakt door de radarstralen. De meting is daarmee ééndimensionaal en dat is te weinig voor het lokaliseren van hindernissen.
Nieuwe dimensies
Door een truc is het de onderzoekers gelukt uit het ééndimensionale beeld een tweedimensionaal beeld te creëren. Net als een laserscanner verschillende punten van een oppervlak aftast, combineren ze meerdere reflecties uit verschillende richtingen. Deze ontstaan quasi vanzelf wanneer de radarchip wordt bewogen, bijvoorbeeld de drager een van sensoren voorziene beenprothese draagt.
Het creëren van verschillende richtingen is complexer met een sensor die in een rolstoel is geïntegreerd. Hier helpt een spiegel, die de radarstraal heen en weer beweegt. Uit verschillende metingen ontstaan dan in een zelf ontwikkeld algoritme het 2D-beeld van de omgeving, waarmee hindernissen tot op enkele centimeters nauwkeurig zijn te lokaliseren.
Internationale samenwerking
De deskundigen van Fraunhofer-IPA hebben reeds octrooi gekregen voor de methode. Samen met de IJslandse onderneming Össur, een vooraanstaand fabrikant van prothesen, onderzoeken ze nu hoe de elektronische aansturing van beenprotheses met behulp van radarbeelden kan worden verbeterd. En in een onderzoeksproject met de Human Engineering Research Laboratories (HERL) van de University of Pittsburgh ontwikkelen de ingenieurs in Stuttgart een intelligente rolstoel met beweegbare wielgewrichten die zelfs trappen kunnen overwinnen.
