Her gjør systemingeniør Anders Ulstad service og vedlikehold på en protese fra en kunde. Det gir viktig informasjon om hvilke komponenter som slites, hvordan de slites og dermed også informasjon om hvordan designet kan forbedres.
Her gjør systemingeniør Anders Ulstad service og vedlikehold på en protese fra en kunde. Det gir viktig informasjon om hvilke komponenter som slites, hvordan de slites og dermed også informasjon om hvordan designet kan forbedres. (Foto: Sverre Christian Jarild)

Myoelektriske proteser

Avansert håndprotese er inspirert av tivolidukker

Norske Hy5 revolusjonerer myoelektriske proteser med hydraulikk, og kaster ut elmotorer, gir og sluremekanismer.

Utviklingen har gitt dem en større kontrakt med en amerikansk distributør, og bedriften har flyttet inn i nye og større lokaler for å møte det økte salget. Produksjonen skjer i Raufoss industripark. Teknologidirektør Bjørn Olav Bakka forteller at det norske markedet er lite. I USA er det på et helt annet nivå, ikke bare fordi landet er større men også fordi landet har mange med krigsskader (se faktaboks).

Historien bak armprotesen til Hy5 startet i en nederlandsk fornøyelsespark tidlig på 2000-tallet. Der var det dansende dukker, drevet av elmotorer og vaiere. Jos Poirters var ansvarlig for de tekniske installasjonene, og ønsket å bruke hydraulikk i stedet for elmotorene. Han fikk ikke gjennomslag for ideen hos sine overordnede. Senere giftet han seg med en norsk kvinne, og flyttet fra Nederland til Lillehammer. Der ble han kjent med en jente som var født uten hånd. Poirters ønsket å hjelpe henne, og igjen tok han frem ideen med hydraulikk. Hjemme i egen garasje, med lånt CNC-maskin begynte han å lage prototypen av en protese til henne. Resultatet viste at ideen hans kunne fungere, og i 2015 ble selskapet Hy5 stiftet av Jos Poirters, Christian Fredrik Stray, Michael Holland og Øyvind Fougner.

Hansken vil i neste generasjon får sensorer i fingertuppene som skal forbedre nøyaktigheten og brukeropplevelsen. En måte å feste protesen på er å suge ut luften mellom hud og hanske, og la undertrykket holde den på plass. Foto: Sverre Christian Jarild

Muliggjørende teknologi

Teknologidirektør Bjørn Olav Bakka forteller at så vidt de kjenner til er det ingen andre som benytter hydraulikk i håndproteser.

– Og heller ikke i annen finmekanikk. Hydraulikk har til nå vært forbeholdt store, tunge installasjoner som gravemaskiner.

Tidligere var det elemotorer og vaiere også i gravemaskiner, den første hydraluliske ble presentert i England i 1882. Den ble ingen suksess. Brøyt X2 fra Bryne som ble presentert på 50-tallet var blant Europas første hydrauliske gravemaskiner, og først på 1960-tallet ble hydraulikk vanlig.

Det er additiv produksjon, eller 3D printing, som har gjort det mulig å benytte hydraulikk i så små produkter som en hånd-protese. Hy5 samarbeider med Tronrud Engineering utenfor Hønefoss, og det er de som produserer «håndpalmen» med kanaler for hydraulikken i den nye modellen.

Dagens modell er printet i et plastmateriale. En ny versjon printet i titan er allerede klar, men den får vi ikke fotografere. Det er en kompleks komponent med dobbeltkrumme flater, og kanaler med varierende diameter som ser ganske utrolig ut.

– Det hadde ikke vært mulig å maskinere dette, sier Bakka.

Proteser

  • Det finnes tre hovedtyper proteser i bruk i dag, og en som ennå stort sett finnes i laboratorier.
  • Kosmetisk protese: Den ser ut som en hånd, arm eller fot, men kan ikke gjøre noen ting.
  • EK (egenkraft)-protese: Kalles også mekanisk protese. Den bruker kroppens bevegelse, ofte fra skulder, bryst eller overarm. Via seler eller snorer overføres bevegelser til protesen.
  • Myoelektrisk protese: Når en muskel strammes oppstår en kjemisk reaksjon som gir et svakt elektrisk signal. Disse myoelektriske signalene fanges opp av elektroder som er koblet til protesen, og brukes til å styre denne. Tradisjonelle myoelektriske proteser har elmotorer og vaiere som beveger protesen, men Hy5 bruker hydraulikk til kraftoverføringen.
  • Bionisk protese: Signaler fra hjernen kontrollerer protesen - enten ved hjelp av implantat i hjernen eller ved at sensorer er koplet til nerver i det som er igjen av en amputert arm.

Protesens vekt er sammenlignbar med en menneskehånd. Titankomponenten reduserer vekten, målet er få den enda mer ned.

Alex Lazell, operasjonsdirektør og produksjonsansvarlig i selskapet, forteller at den nye titandelen kunne vært produsert med tynnere gods og likevel vært sterk nok.

– Men det er ekstremt vanskelig å 3D-printe tynnere enn vi har gjort, så vi må finne andre måter å spare vekt på, sier Lazell.

Hydraulikken har allerede bidratt til å redusere både vekt og volum. Sylindrene er små i forhold til motorer, girkasser og sluremekanismer som er nødvendig i en tradisjonell protese.

Hy5 har to pumper, en som skaper høyt trykk og en som gir volum. Det erstatter motor og girkasse til hver av de fem fingrene.

God nok – akseptabel pris

På Helseteknologikonferansen 2019, som ble arrangert i mars, fortalte professor Michael Boninger fra University of Pittsburgh hvordan de jobbet med å bruke signaler fra hjernen til å styre både proteser og andre hjelpemidler, som rullestoler. Boninger viste også en protese der de hadde klart å styre syv frihetsgrader.

Kjernen i dagens modell er 3D printet i plast, og designet av Hy5s ingeniører i samarbeid med Tronrud Engineering. En ny modell i titan er klar til produksjon, men den fikk vi ikke ta bilde av. Foto: Sverre Christian Jarild

– Nå jobber vi med bedre styring av kreftene, og at brukeren skal kunne vite hvor armen er uten å se på den, sa Boninger.

Hy5 har valgt en annen innfallsvinkel. Bakka kaller det optimal funksjonalitet til fornuftig pris.

– For oss har det vært en vinnerstrategi å holde ting enkelt, og å gi høy brukervennlighet. Løsningen som ble vist på Helseteknologikonferansen, ville kreve et implantat i hjernen for å få tilgang til nervecellene. Det ønsker vi ikke. For det første er det et stort inngrep for pasienten og for det andre er ikke betalingsviljen høy nok, sier Bakka.

Protesemarkedet

  • Anslag over verdensmarkedet for hånd- og armproteser er usikkert, tall fra konsulentselskapet Credence Research Analysis sier 214,8 millioner dollar i 2017 og at dette vil vokse til 322,6 millioner innen 2026.  Den årlige veksten er beregnet til 4,6 prosent, men Credence Research venter høyere vekst for myoelektriske og bioniske proteser
  • I USA blir det gjennomført 25 900 amputasjoner av armer eller hender hvert år. Totalt blir det gjort 185 000 amputasjoner årlig, ifølge tall fra Center for Orthotic & Prosthetic Care.
  • Flere amerikanske kilder oppgir at det ventes en dobling av tallet innen 2050. Hovedårsaken skal være at stadig flere amerikanere får problemer med blodomløpet, spesielt knyttet til diabetes.

Boninger var inne på det samme i sitt innlegg. Han sa at uten å gå inn i hjernen klarte de kun to frihetsgrader, og det viste seg å være svært anstrengende for brukeren, som ble fort ble sliten.

Det er sjelden brukerne som betaler i den industrialiserte vestlige verden. I Norge betaler  staten, i USA er det forsikringsselskaper. Men ingen har ubegrenset med midler. Hy5 valgte allerede tidlig i utviklingsfasen å ha som mål å komme under refusjonsgrensen i landene de skulle operere i.

En annet argument mot å gjøre protesene for avanserte, er at i mange land er det begrenset tilgjengelighet på hjelpemidler. Da mener Hy5-folkene at en enklere og robust protese gir brukeren størst nytte.

Det betyr ikke at protesen ikke skal forbedres. Hydraulikken er selvjusterende. Likevel jobber ingeniørene nå med å sette sensorer på fingrene for ytterligere å øke nøyaktigheten og funksjonaliteten. Over mekanikken trer brukeren en hanske, og sensorene blir plassert i denne. Bakka regner med å ha den løsningen klar om et par års tid. Utviklingen skjer med en partner i Nederland, og starter i disse dager.

Eget design

Hy5 har sikret seg med patenter. Protesen består av mange deler, og selskapet ønsker ikke å røpe  detaljer om konstruksjonen. Halvparten av delene er hyllevare, resten har ingeniørene hos Hy5 designet selv.

– Hyllevare er skruer, pakninger og elektriske komponenter. Alle viktige komponenter er våre egne, forteller Lazell.

Delene blir likevel i stor grad produsert av underleverandører, som Tronrud Engineering. Monteringen er utført i Raufoss og er i stor grad håndarbeid. Lazell sier at selv med dagens mer fleksible roboter, er omfattende automatisering ikke realistisk foreløpig.

Lazell ser på automatisering av hjelpemidler, og han ser for eksempel for seg verktøy som kan skru flere skruer samtidig – kanskje så mange som fem om gangen.

Operasjonsdirektør og Produksjonsansvarlig Alex Lazell, til venstre, og teknologirdirektør Bjørn Olav Bakka kan i dag kun tilby én størrelse. Snart kommer hånden i fire størrelser – et tilbud som er lettere og rimeligere med hydraulikk enn med elmotor, gir og sluremekanisme. Foto: Sverre Christian Jarild

Automatisering, eller snarere digitialisering kommer også på service og vedlikehold. En slik protese lever et hardt liv, vanlig praksis i dag er service hver tredje måned. Hy5 har valgt hvert halvår, men jobber mot å gå fra periodisk til tilstandsbasert vedlikehold.

– Sensorene er allerede på plass i protesen, det samme er blåtann. Vi har også en prototyp klar for en app som kan lese dataene. Da kan vi se hvor mange ganger hånden åpnes og lukkes, temperatur og strømforbruket til solenoiden som åpner ventilene. Om et halvt års tid håper vi å ha systemet klar til lansering, sier Lazell.

Til utviklingen av protesen har Hy5 mottatt mange millioner kroner i støtte fra to FoU-prosjekter i EU-regi, og fra Innovasjon Norge og Forskningsrådet.

Hy5 fikk det første salget i Norge i våren 2018. I fjor høst ble produktet registrert hos amerikanske Food and Drug Administration, FDA. Bakka deltok også på aktiviteter i USA, og under en konferanse om medisinsk utstyr for militæret traff de en representant for College Park Industries.

Monteringen er så kompleks at den foreløpig ikke egner seg til omfattende atuomatisering. Foto: Sverre Christian Jarild

– Selskapet produserer egne benproteser men manglet et godt tilbud for armproteser. De besøkte oss, og nå er kontrakt signert. I den ligger en minimumsbestilling, omfanget kan jeg ikke gå ut med, sier Bakka.

Den kontrakten utløste imidlertid interesse hos flere andre store aktører. Hy5 har mottatt forespørsler fra seks aktører i andre land etter at den amerikanske kontrakten ble kjent.

– Å konstruere mekaniske og elektriske ting er en kunst, og i Norge behersker vi den, sier Bakka.

Kommentarer (0)

Kommentarer (0)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå