CYBATHLON
CYBATHLON 2020, waar mensen met handicaps ooit onmogelijk geachte taken voltooien met behulp van ultramoderne technologieën, is meer dan alleen een internationale competitie. De organisatoren bij ETH Zürich (het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Zürich) zagen het als een platform voor de ontwikkeling van ondersteunende technologieën voor betere levenskwaliteit van mensen met een handicap.
Dit jaar vond het evenement plaats in november, en Kaspersky was aanwezig als partner van Team Rusland.
Wat is CYBATHLON?
CYBATHLON omvat races in zes disciplines: Powered Arm Prosthesis (ARM), Powered Leg Prosthesis (LEG), Powered Exoskeleton (EXO), Powered Wheelchair (WHL), Functional Electrical Stimulation (FES) en Brain–Computer Interface (BCI).
Deelnemers concurreren niet alleen om het goud, maar demonstreren ook de mogelijkheden van de nieuwste ondersteunende apparaten. Met het gebruik van ultramoderne armprotheses konden de dragers ervan bijvoorbeeld lampen vastdraaien of voelen wat er in een doos zat; en in de nieuwste rolstoelen konden gebruikers er trappen mee op. Bovendien motiveert het evenement ontwikkelaars om hun producten nog verder te verbeteren, want het is zowel een competitie voor atleten als een presentatiemogelijkheid voor de teams die de technologieën creëren.
In deze post bespreken we de technologieën van het verleden, het heden en de toekomst.
Van een bronzen been tot een cyberledemaat met een neuro-interface
Het gebruik van protheses gebeurt al sinds mensenheugenis. De eerste bekende verwijzing naar een kunstmatig ledemaat vindt u in de <em>Rigveda</em>, een oude Indiase verzameling van hymnes in het Sanskriet die uit het tweede millennium voor Christus dateren. Hierin geven de goden de legendarische strijder Vishpala een ijzeren been nadat ze er een heeft verloren in de strijd. Archeologische protheses dateren uit ongeveer die tijd. Er werd bijvoorbeeld een ongeveer 3000 jaar oude houten teen ontdekt in Egypte, en een bronzen been gevonden in de Italiaanse stad Capua is zo’n 2300 jaar oud.
Kunstmatige ledematen die hierop volgden veranderden nauwelijks gedurende de millennia erop. Totdat wetenschappers in de 16e eeuw de eerste mechanische prothese ontwikkelden, met gewrichten met scharnieren zodat de gebruikers ervan ze konden bedienen met gebruik van een ander ledemaat of door spieren in de buurt aan te spannen.
zag een nieuw soort prothese verschijnen: de bio-elektrische prothese (ook wel myo-elektrisch of bionisch genoemd). Bio-elektrische protheses zetten spieractiviteit in de resterende ledemaat om in elektrische signalen, die er op hun beurt voor zorgen dat het apparaat beweegt.
Aangekomen in de 21e eeuw staan wetenschappers klaar om de volgende grote stap te zetten, namelijk de ontwikkeling van neurobionische protheses waarmee de dragers niet alleen bepaalde bewegingen kunnen uitvoeren, maar ook voorwerpen op de tast kunnen herkennen. De technologie is nog jong en heeft nog een lange weg te gaan voordat hij echt het gevoel van tast weet te recreëren, maar die kant gaan we wel op.
De protheses van nu
Nieuwe technologieën vervangen de huidige niet, maar vullen deze aan. Een verscheidenheid aan prothetische apparaten is al in gebruik, waaronder een aantal dat puur en alleen voor cosmetische doeleinden bestaat. Elk type heeft zijn eigen toepassingsveld.
Mechanische protheses zijn goedkoper, eenvoudiger om onder de knie te krijgen en duurzamer dan de bionische variant. Ze zijn bijvoorbeeld geschikter voor het optillen van gewichten en activiteiten in en op het water — waar geen stroomtoevoer is. Bionische en neurobionische protheses zijn op hun beurt weer comfortabeler om te dragen en bieden een grotere bewegingsvrijheid (cyberbenen helpen de dragers bijvoorbeeld hun evenwicht te behouden, trappen op en af te gaan, achteruit te lopen en zelfs te rennen).
Specialisatie in protheses
Er bestaan inmiddels ook zeer gespecialiseerde protheses die alleen in bepaalde omstandigheden of voor een bepaalde taak worden gebruikt. Er zijn nu bijvoorbeeld commercieel beschikbare kunstmatige ledematen te vinden voor wateractiviteiten, basketbal, joggen en andere sporten.
De mogelijkheid van het 3D-printen heeft ook bijgedragen aan de ontwikkeling van kunstmatige ledematen door ze goedkoper en meer aanpasbaar dan ooit te maken. In sommige gevallen kunnen mensen online een model downloaden en dit aan hun behoeften aanpassen voordat ze het printen.
Prothetische gadgets
Een andere moderne trend combineert cybernetische ledematen met digitale technologieën. De Russische fabrikant Motorica integreerde dit jaar bijvoorbeeld een Galaxy Watch in een prothetische arm. Hiermee kan de gebruiker hun activiteit in de gaten houden en de instellingen van de arm beheren. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk om het gripniveau van de hand of vinger aan te passen.
Rolstoelen voor elk terrein
Rolstoelen helpen mensen al meer dan duizend jaar, en de eerste vermelding ervan dateert uit de zesde eeuw voor Christus. Tot halverwege de zeventiende eeuw waren het in feite stoelen op wielen waar een tweede persoon als hulpje voor nodig was om deze in beweging te brengen.
De eerste handbewogen rolstoel verscheen in 1655, en het eerste vouwmodel werd begin 20e eeuw in de Verenigde Staten ontwikkeld.
In onze tijd, en als aanvulling op de traditionele soort, zijn er rolstoelen met elektrische motors, rupsbanden om trappen op en af te gaan, en zelfs neuro-interfaces voor mensen die hun armen niet kunnen bewegen.
Elektrostimulatie en exoskeletten
Wetenschappers zijn ook bezig met het ontwikkelen van apparaten die verlamde mensen in staat zullen stellen om op te staan. (De oude Egyptenaren gebruikten elektrostimulatie trouwens als een therapeutisch instrument! In die tijd verkregen ze stroom uit stroomroggen. Later vervingen ze de deze elektriciteit genererende zeewezens door elektrostimulerende apparaten.) In de eerdergenoemde Functional Electrical Stimulation-fietsrace wordt er stroom toegepast op de spieren van de deelnemer om deze samen te laten trekken en ervoor te zorgen dat ze op de pedalen trappen.
Het eerste prototype van een andere revalidatietechnologie — het exoskelet — verscheen in 1890. Hierbij moet de drager alsnog een inspanning verrichten, maar het pak maakte lopen, rennen en springen veel eenvoudiger met behulp van samengeperst gas. In 1917 werd er een gepatenteerd, en we begonnen elektrische, pneumatische en hydraulische modellen te zien in de tweede helft van de 20e eeuw.
Moderne exoskeletten wegen minder dan hun voorgangers, zijn veel eenvoudiger te gebruiken en bieden grotere onafhankelijke bewegingsvrijheid. Sommige kunnen verbinding maken met de cloud om gegevens over de revalidatie op te slaan en te verwerken, en een aantal van de nieuwste skeletten kan worden gemanipuleerd door hersenimpulsen.
Neuro-interfaces
De futuristische technologie achter door gedachten gestuurde apparaten wordt ook wel een brain-computer interface (BCI) genoemd. Dit soort systemen verscheen voor het eerst in de jaren 70 en er worden nu grote stappen gezet.
BCI-sensoren kunnen , in de schedel worden geplaatst of extern worden bevestigd. De eerste methode biedt in eerste instantie de beste signaalkwaliteit, maar die kan afnemen als het lichaam het implantaat afstoot. Vandaag de dag zijn de meeste BCI’s niet-invasief en is hier geen chirurgie voor nodig.
Elektro-encefalografie is de meest gebruikelijke technologie voor het lezen van hersenactiviteit. Er bestaan echter ook andere methodes om “gedachten te lezen”. In de jaren 80 experimenteerden onderzoekers bijvoorbeeld met het gebruik van oogbewegingen om een robot te bedienen. Vervolgens onthulden wetenschappers in 2016 een BCI die in staat was om de grootte van pupillen te lezen.
Het toepassingsgebied van neuro-interfaces is vrij groot. Aan het begin van BCI gebruiken wetenschappers hersenimplantaten bijvoorbeeld om het verlies van gezichtsvermogen te behandelen. En zoals we hierboven al vermeldden, gebruiken sommige nieuwere rolstoelen en exoskeletten nu neuro-interface-bediening. Wat betreft de deelnemers aan CYBATHLON 2020: zij deden mee aan een Brain-Computer Interface-race — een soort computerspel waarin de kracht van gedachten de game-avatars voortbeweegt.
Aan de horizon
Vandaag de dag gaat dit soort ondersteunende technologie met sprongen vooruit. Over de wonderen die ons te wachten staan kunnen we alleen maar speculeren. Degenen die vooroplopen op dit gebied hebben wellicht al een idee.
Werknemers bij neuro-interface-specialist Neurobotics merken bijvoorbeeld op dat de huidige ontwikkelingen vooral als doel hebben om mensen met een handicap te helpen dagelijkse taken te vervullen via BCI-gestuurde rolstoelen en smart homes.
De technologie heeft echter nog een lange weg te gaan voordat deze commercieel levensvatbaar is. Zoals Neurobotics al toegeeft, is “gedachtenlezen” nog altijd veel minder nauwkeurig dan het ontvangen van input via een toetsenbord, muis of joystick. Het bedrijf schat in dat het nog wel 100-200 jaar kan duren voordat men BCI als effectieve vervanging voor de bekendste interfaces kan zien.
Het is geen verrassing dat Elon Musk, die aan zijn eigen BCI-implantaat werkt, Neuralink genaamd, deze veel sneller op de markt hoopt te brengen. Dat gezegd hebbende: het is niet duidelijk wanneer dit zal gebeuren en of het apparaat een succes zal worden. Implantatie is een enorme stap die niet iedereen zomaar bereid is te nemen.
Musk is niet de enige brutale visionair. Als u wat science-fiction-voorspellingen wilt, kijk dan eens bij ons Earth 2050-project, waar gebruikers hun ideeën met elkaar kunnen delen, van fundamenteel nieuwe sensorische organen tot een “body shop” waar u zichzelf volledig kunt vernieuwen.
Wat de toekomst zal brengen
Wat de toekomst ook voor ons in petto heeft, het is belangrijk om te onthouden dat we die toekomst allemaal samen creëren, hier en nu. Daarom steunen we bij Kaspersky de ontwikkelaars van ondersteunende technologieën en andere ondernemingen met als doel om deze wereld tot een betere plek te maken van harte. Zij proberen, net als de organisatoren van CYBATHLON, om een mooiere toekomst voor iedereen te bouwen.
Tips