Op eigen benen

'Zal ik weer kunnen klimmen?', vroeg de 17-jarig Hugh Herr zijn artsen na zijn amputaties. Hij begon met zelfgemaakte klimprotheses. Nu staat Herr aan het hoofd van een groot protheselab op topinstituut MIT. Zijn nieuwe doel doel: het zand onder zijn voeten voelen. “Een chip in mijn lichaam? Ik kijk er naar uit.”

“Het is voor het eerst dat ik een eigen ontwerp dagelijks draag, anderhalf jaar nu. Daarvoor droeg ik de prototypes, om de paar weken een ander.” Hugh Herr stroopt zijn broekspijp op. “Dit is de batterij, daar zit de motor. Er zitten sensoren in en een computertje dat de voet aanstuurt. De prothese simuleert de beweging van een echte voet. Hij tilt bijvoorbeeld net als een mens bij elke stap de teen op. Dankzij de motor kost het bewegen minder moeite, je raakt niet zo vermoeid. Je kan er ook sneller mee lopen dan met gewone mechanische protheses.”

En als de batterij leeg raakt?

“Dan komt de voet in de veilige modus. Ik kan gewoon doorlopen, maar niet meer zo soepel en het kost me meer energie.”

Uw voeten zoemen als een robot; het verraadt dat u kunstbenen heeft.

“We proberen het geluid te verbloemen. Geamputeerden vallen liever niet op.”

Natuurlijke ledematen zo goed mogelijk nabootsen, dat beschouwen de meeste prothesebouwers als hun hoogste doel. Maar u wilt verder, naar kunstbenen die beter zijn dan gewone benen. U voorspelt dat er straks op de Paralimpics harder gelopen kan worden dan op de Olympische Spelen.

“Ja. Er is geen reden dat de darwinistische grenzen van de natuur ook de grenzen van de ingenieur zouden moeten zijn. Het knappe van het menselijk lichaam is dat het zoveel verschillende dingen goed kan. We kunnen heel behoorlijk rennen, springen, zwemmen, staan. Het is moeilijk, misschien onmogelijk, om een machine of een prothese te maken dat allemaal kan. Maar een goed ontwerp kan de natuur op onderdelen overtreffen. Dus kunnen we in de toekomst kunstbenen maken, die sneller zijn dan natuurlijke benen, zeker met een motortje. Die hoeven niet op precies dezelfde manier te bewegen als natuurlijke benen.”

Je zou kunnen springen als een kangeroo?

“Bijvoorbeeld, al zou dat beschamend zijn. We zien bij geamputeerden allerlei bewegingspatronen die je normaal niet ziet. Maar meestal willen mensen met een prothese zo natuurlijk mogelijk bewegen.”

Uw klimbenen lijkt niet op gewone benen.

“Ik wilde na mijn amputatie weer klimmen, dus heb ik daar speciale benen voor gemaakt. Daarbij laat ik me niet beperken door de randvoorwaarden van de natuur – ik kan mijn lengte veranderen, de hak van mijn klimvoeten is stijver dan een menselijke enkel. Ik kan er beter mee klimmen dan ik met mijn natuurlijke benen kon. Ook de renbenen van Oscar Pistorius lijken niet op gewone voeten, die lijken meer op stugge veren.”

U was deskundige in het beroep over de deelname van Oscar Pistorius aan de Olympische Spelen. Er was volgens u geen bewijs dat hij voordeel had van zijn twee beenprotheses.

“Of hij in het voordeel heeft, is wetenschappelijk gezien een extreem moeilijke vraag.  Op punten zijn er voordelen. De benen van Pistorius zijn lichter dan natuurlijke onderbenen, wat een voordeel is. Maar hij mist de spieren in zijn onderbenen, hij start langzamer. De belangrijke vraag is dus of hij alles bij elkaar een voordeel heeft. Daar is geen bewijs voor. Ik ben ervan overtuigd dat niemand harder gaat lopen wanneer hij zijn benen eraf zou halen en de protheses van Oscar onder zou binden.”

Beschouwt u uw kunstbenen als deel van uw lichaam?

“Ja.” Geen seconde twijfel. “Het zijn geen losse dingen die aan mijn lichaam hangen. Ik heb er zelfs een beetje gevoel in, door trillingen en de druk in mijn stomp. Dit kan ik bijvoorbeeld voelen.” Hugh tikt zacht op zijn kunstbeen. “Ik wil een prothese maken waarmee ik het zand op het strand weer voel. Dat is waarschijnlijk het meest uitdagende en ver weg gelegen doel in ons laboratorium. Dat geef ik aan mezelf cadeau als ik bejaard ben. En aan de wereld.”

Hoe zou die prothese eruit zien?

“Hij zou een kunstmatige huid moeten hebben, met sensoren die de ruwheid van de ondergrond meten. Die informatie moet worden doorgegeven aan een chip in het been, die verbonden is met de zenuwbanen naar de hersenen. Zo krijgen de hersenen informatie over wat de voet ‘voelt’.

Het onderzoek gaat die kant op. Aan het omgekeerde wordt ook gewerkt, dan gebruik je de signalen uit de hersenen om de prothese aan te sturen. Mijn onderzoeksveld is een wondere wereld. Er zijn experimenten waarbij verlamden dankzij een hersenchip een robotarm aan kunnen sturen. Er werken collega’s aan exoskeletten, zoals een frame voor de benen waarmee je mensen met een verlamd onderlichaam misschien kan laten lopen. Het is allemaal in een experimenteel stadium, maar het geeft aan welke kant het op gaat. Wat dichter bij huis zijn er de experimenten waarbij de spierspanning van de stomp wordt gemeten, om zo de prothese beter aan te sturen. Het doel is steeds om het samenspel tussen mens en prothese te verbeteren, om er een geheel van te maken”

U zou in uw lichaam laten snijden om een chip te laten implanteren?

“Oh ja. Ik kijk daar naar uit. Waarom niet? In mijn geval zou die chip in mijn benen moeten worden vastgemaakt aan de zenuwen die mijn onderbenen aanstuurden. Die zijn er nog, waarom zou je géén technologie inzetten om daar gebruik van te maken? Ik ben bezig om het geld bij elkaar te krijgen om dit soort onderzoek te financieren. Je hebt specialisten uit allerlei disciplines nodig, van prothesemakers tot chirurgen.”

Wat staat het maken van een perfecte prothese nog in de weg?

“Iedereen praat nu over die neurale protheses. Maar als je mensen met protheses en braces vraagt wat ze willen, dan klagen ze over de pijn bij de bevestiging. Je kan de beste robotica hebben, de beste aansturing, maar als je de prothese niet goed kan bevestigen is het niets waard. Dus dat is de eerste stap, mijn volgende belangrijke onderzoeksdoel. We hebben meetapparatuur ontwikkeld om te meten hoe de huid rekt en strekt als je beweegt, of gaat zitten. Je zou de dikte en stijfheid van de brace of de koker van de prothese daar op aan moeten passen, bijvoorbeeld door stoffen te maken die niet overal even rekbaar zijn.”

Ontwikkelt u betere protheses doordat u ze zelf draagt?

“Het is geen toeval dat de Cheetahs van Oscar ontwikkeld zijn door Van Phillips, ook iemand die zelf een been mist. Het is een gigantisch voordeel dat ik mijn protheses kan testen. Ik doe daar veel moeite voor. Ik heb zelfs onze kunstmatige knie getest. Dan boog ik mijn eigen knie naar achter, zodat ik de prothese kon aantrekken. Dat was niet perfect, maar ik kon er mee lopen.

Het scherpt mijn intuïtie. Ik krijg meer gevoel voor hoe de prothese werkt, wat er beter kan, in welke richting ik oplossingen moet zoeken. Maar dat niet alleen. Ik snap ook het belang van een goede oplossing. Ik weet hoe gruwelijk het is als je geen technologie, of slechte technologie, tot je beschikking hebt. Het is het verschil tussen een leven vol pijn en een leven zonder. Dus wat de ontwerpers van protheses doen of niet doen, is enorm belangrijk. Ik herinner mijn ontwerpers ook aan de macht die ze hebben. Hun werk moet echt goed zijn.”

U bent een moeilijke baas?

Lachje. “Ik kan het zijn.”

Ook hard voor uzelf?

Minzaam knikje. “Ik heb gehoord dat al mijn studenten bang voor me zijn.”

Ze komen wel naar uw lab, u heeft dertig medewerkers.

“Dus moet er wat goeds te halen zijn. Weet je, het is ook goed voor ze. Motiverend.”

 

Levensloop van Hugh Herr (25 oktober 1964)

Verliest als 17-jarige zijn voeten door bevriezing tijdens een klimtocht. Een van de vrijwilligers komt tijdens de zoektocht naar Herr en zijn klimmaat om.

Master in Mechaninal Engineering, MIT

PhD in biofyscia, Harvard

Postdoc Harvard, ontwikkelt protheses en ortheses

Hoofd Biomechatronicsgroep van MIT Media Lab

Uitvinder van de eerste computergestuurde knie, de Rheo Knee.

Oprichter van bedrijf iWalk, dat zijn intelligente voetprothese BioM op de markt brengt.