PWS – Aansturing van een mechanisch kniegewricht met spieractiviteit

Hoi!

Wij zijn Eline en Lars, leerlingen uit 6 vwo van het Pax Christi College. Voor ons eindexamenonderzoek (PWS) doen wij onderzoek naar de mogelijkheden van een spieractiviteit als input voor de aansturing van een mechanisch kniegewricht bij mensen met een bovenbeenamputatie.

Onze hoofdvraag is:

Hoe kan elektrische spieractiviteit worden gebruikt om een mechanisch kniegewricht van een bionische prothese aan te sturen?

We willen hierbij vooral onderzoeken of we het principe van spieractiviteit → computersignaal → mechanische beweging.

Ons onderzoek bestaat uit drie onderdelen:

1. Spieractiviteit registreren
We willen met bijvoorbeeld oppervlakte-elektroden/EMG de elektrische activiteit van de bovenbeenspieren registreren tijdens het buigen en strekken van de knie. We willen vervolgens bekijken hoe dit signaal eruitziet en of we bijvoorbeeld rust en spieractiviteit van elkaar kunnen onderscheiden.

2. Signaal verwerken en gebruiken als input
Vervolgens willen we de meetgegevens naar een laptop overbrengen. Met bijvoorbeeld Python willen we onderzoeken of we een programma kunnen schrijven dat een bepaald patroon of een bepaalde drempelwaarde in het signaal herkent. Uiteindelijk zou dit bijvoorbeeld kunnen leiden tot:

spieractiviteit → computer herkent signaal → "BUIG" → motor/actuator → knie buigt

3. Mechanisch kniegewricht ontwerpen
Tussen deze stappen willen we een eenvoudig mechanisch kniegewricht ontwerpen. Hierbij willen we rekening houden met de bewegingsuitslag, stabiliteit, krachten en de natuurlijke beweging van de menselijke knie. Hiervoor zoeken we ook contact met mensen vanuit de bewegingswetenschappen/biomechanica.

We zijn vooral benieuwd of iemand ons kan helpen met de technische haalbaarheid van dit plan. Bijvoorbeeld:

• Welke EMG-sensoren/meetsystemen zijn geschikt voor een dergelijk experiment?
• Hoe kunnen we een EMG-signaal uitlezen op een computer?
• Hoe kunnen we het signaal het beste filteren en interpreteren?
• Hoe kunnen we vanuit zo'n signaal een eenvoudig besturingscommando maken?
• Welke microcontroller (bijvoorbeeld Arduino/Raspberry Pi) zou hiervoor geschikt zijn?
• Hoe kunnen we uiteindelijk een motor of actuator aansturen vanuit dit signaal?

Als iemand ervaring heeft met robotica, biomechatronica, sensoren, EMG, microcontrollers of motorbesturing, zouden we het erg waarderen als diegene met ons mee zou willen denken.

We zijn vooral op zoek naar advies over hoe we dit onderzoek praktisch kunnen uitvoeren en welke onderdelen voor ons haalbaar zijn. Als er mogelijkheden zijn om een meetopstelling of experiment bij de TU Delft te bekijken, zouden we daar natuurlijk ook erg enthousiast over zijn.

Alvast bedankt voor het meedenken!

Groetjes,

Eline & Lars
6 vwo – Pax Christi College