Mensen, die door een dwarslaesie gebonden zijn aan een rolstoel, weer laten opstaan en lopen met behulp van technologische ondersteuning. Dat is het doel waar Project MARCH zich voor inzet.
Het team, bestaande uit 26 studenten van o.a. de Technische Universiteit Delft en Haagse Hoogeschool, zetten een jaar lang hun studie op pauze om zich volledig te focussen op het ontwikkelen van een actief exoskelet. Een exoskelet is een soort robotisch harnas en elk jaar wordt er bij Project MARCH door een nieuwe groep studenten een nieuwe prototype exoskelet ontwikkeld of verbeterd. Hierbij wordt er gekeken naar manieren om het exoskelet lichter, soepeler in beweging en gebruiksvriendelijker te maken. De studenten ontwerpen hun exoskelet in samenwerking met iemand met een dwarslaesie, de zogenaamde piloot. De piloot neemt met dit exoskelet deel aan een internationale hindernisbaancompetitie voor exoskeletten: de Cybathlon. Dit jaar heeft het vijfde Project MARCH-team het vierde exoskelet verbeterd tot de MARCH IVc met de c van Cybathlon.
Een exoskelet is een complexe hulprobot, die is opgebouwd uit onderdelen die gemakkelijk te vergelijken zijn met menselijke lichaamsdelen. De botten en gewrichten van een mens zijn vergelijkbaar met de aluminium botten en gewrichten die in het exoskelet zitten. Er zijn acht gewrichten in het exoskelet, één in elke enkel, één in elke knie en twee in de heupen. Een van de heupgewrichten is voor voorwaartse beweging en het andere gewricht is om zijwaarts te kunnen stappen. De gewrichten bevatten elk een motor en het vermogen voor deze motoren wordt geregeld vanuit de accu in de rugzak. De elektronica in het exoskelet zorgt voor communicatie tussen al deze verschillende elementen.
Data analyse in het exoskelet
In het exoskelet zitten ook een hoop verschillende databronnen. Het begint bij het input device, wat verwerkt zit in de kruk. In het input device selecteert de piloot het looppatroon wat hij/zij wil dat het exoskelet gaat uitvoeren. Dit looppatroon is voorgeprogrammeerd en bestaat uit een verzameling data die voor elk gewricht beschrijft wat de verschillende posities zijn die ze moeten aannemen. Dan zijn er nog een hoop sensoren in het exoskelet die de positie en snelheid meten van de gewrichten. En er zijn een aantal sensoren die meten of het exoskelet niet te warm wordt en of de batterij nog wel vol genoeg is.
Het analyseren van deze data is dit jaar bij Project MARCH voor het eerst gedaan met behulp van SAS software, hosted by SaasNow. Elke vier milliseconden gaat er een treintje aan data langs alle belangrijke punten in het exoskelet. De belangrijkste analyses over die data worden ter plekke in het exoskelet uitgevoerd in de master computer in de rugzak. Hierbij wordt eerst gecheckt of elk onderdeel nog communicatie heeft en of er geen enkel onderdeel te heet aan het worden is. De motoren in de gewrichten kunnen wel meer dan 50 graden worden! De piloot voelt hier niks van door o.a. de behuizing van de gewrichten, maar het is wel een teken dat het exoskelet even een pauze nodig heeft voordat het oververhit raakt.
Ook de positie van de gewrichten wordt gecheckt in de master computer. Elke gewenste positie van een gewricht wordt gerealiseerd door een bepaalde hoeveelheid stroom naar dit gewricht te sturen. De exacte hoeveelheid stroom die nodig is om de gewrichten in de ideale positie te krijgen is een uitdaging om te bepalen. Wanneer de piloot aan het lopen is met het exoskelet kost het minder stroom om de knie op te tillen, dan wanneer de piloot aan het traplopen is met het exoskelet. De exacte hoeveelheid stroom is dan ook weer afhankelijk van hoeveel de piloot steunt op de krukken voor ondersteuning en andere factoren. Als niet de juiste hoeveelheid stroom wordt gestuurd, kan een gewricht een aantal graden te ver worden gepositioneerd, wat vervolgens weer gecompenseerd moet worden. Dit kan leiden tot vrij schokkerige bewegingen, maar dankzij het werk van Project MARCH Data Analyst Rutger van Beek met SAS software zijn die nu verleden tijd!
Real-time inzicht in data
Dit jaar was er voor het eerst een data analist bij Project MARCH toegevoegd aan het software departement van het team. Rutger van Beek heeft het afgelopen jaar de basis opgezet voor data analyse, waar komende jaren toekomstige Project MARCH data analisten op kunnen voortbouwen.
Met de Event Stream Processing (ESP) software van SAS kunnen ze bij Project MARCH nu snel inzicht krijgen in alle data, kleine bewerkingen maken, opslaan en aggregeren en dit allemaal in real-time!
Dit is erg waardevolle informatie voor het team aangezien zij veel trainingen doen met de piloot om het exoskelet te optimaliseren. Voor het koppelen van ROS aan de ESP software en het maken van de visualisaties werd Rutger bijgestaan door een enthousiast team van SAS-experts bestaande uit Jeroen Jeurissen , Rik de Ruiter, en Ivar de Langen. Met de nieuwe software kan Rutger als monitor tijdens de trainingen snel inzicht krijgen en aanpassingen maken die gelijk weer getest kunnen worden.
Het kunnen aggregeren van de data voor elk uniek looppatroon gaf Rutger inzicht in hoe de juiste hoeveelheden stroom bepaald konden worden. Hierdoor worden alle looppatronen nu een stuk minder schokkerig uitgevoerd en dat zie je gelijk terug in de bewegingen van het exoskelet. In de toekomst kunnen dit soort data analyses helpen om een nog beter exoskelet te maken! Nu de basis voor de data analyse is gelegd, staat ook het nieuwe Project MARCH team te trappelen om daar nog meer gebruik van te maken. Voor SAS is dit een belangrijke ontwikkeling die aansluit bij het SAS D[N]A Lab-initiatief; een open innovatieplatform en ecosysteem voor bedrijven, startups en scale ups.
“De rol van data en analytics in robotics wordt steeds groter. De Event Stream Processing (ESP) component van het SAS Viya Platform maakt (near) real-time verwerken en analyseren van de datastream mogelijk. Het exoskelet loopt een stukje soepeler en is daardoor beter bruikbaar. Het beschikbaar hebben van de data zet de deur open naar nog veel meer verbeteringen. Mooi om te zien dat de inzet van de SAS software en de ondersteuning door Jeroen Jeurissen dit resultaat heeft opgeleverd.” zegt Arthur de Crook, Director D[N]A Lab bij SAS.
Wat zijn de plannen voor de toekomst? Een daarvan is het toevoegen van omgevingssensoren, zodat het exoskelet dynamisch kan gaan reageren op de omgeving. Om dat te bereiken, is er nog een lange weg te gaan. Maar de eerste stap van data analyse bij Project MARCH is met behulp van SAS software nu gezet!
Meer weten over Project MARCH?
Op het SAS Analytics Forum van 8 september zullen Data Analyst Rutger van Beek en Martine Keulen, verantwoordelijk voor Partnerships & PR, vertellen over hun ervaringen bij Project MARCH afgelopen jaar. Benieuwd naar hun verhalen? Schrijf je dan nu in.
Voor meer informatie over Project MARCH kan je https://www.projectmarch.nl/ bezoeken. Of luister naar de vijfde podcast aflevering van MARCH On Air: De software van het exoskelet
