Koolstofvezel prothetisch exoskelet

In 2016 had Paul geen idee van koolstofvezel. Helaas veranderde zijn wereld drastisch toen bij zijn vrouw Jane een zeer ernstige botkanker in haar rechterheup en bekken werd geconstateerd. De chirurgen zeiden dat opereren de enige optie was - chemotherapie en bestraling werken niet. Pas toen ze uitlegden dat deze operatie NIET zoals een heupprothese is - het is een TOTALE VERWIJDERING van de heup en het bekken en er wordt niets teruggeplaatst. Pauls vrouw zou de rest van haar leven een rolstoel of twee krukken moeten gebruiken.

Na de operatie probeerde Paul iets te kopen om zijn vrouw te helpen staan of lopen, maar er was helemaal niets op de markt. Hij sprak met de R&D-afdelingen van grote prothese- en orthesefabrikanten - er was zelfs niets in de planning of op de tekentafel. Hij gaf zelfs een professioneel bedrijf de opdracht om een apparaat voor haar te maken - dat was een complete en zeer dure mislukking.

Toen Covid arriveerde, dacht Paul dat hij het maar eens moest proberen - zoals het gezegde luidt "Hoe moeilijk kan het zijn?" - maar hij kwam er al snel achter dat het reproduceren van het menselijk heupgewricht erg moeilijk is en waarschijnlijk verklaarde dat waarom niemand het eerder had gedaan. Niet afgeschrikt begon hij aan een zoektocht om iets te maken - al was het maar om Jane langer te laten staan.

De eerste drie pogingen waren, als ik er nu op terugkijk, rampzalig, maar ze leken toen een goed idee. Langzaam vormden zich de ideeën en concepten en het werd duidelijk dat koolstofvezel en composieten een grote rol zouden moeten spelen in de structuur.

Het was nu tijd om meer te leren over composieten. De website Easy Composites was snel gevonden en de YouTube-video's van Easy Composites werden een serieuze bron van informatie en ideeën.

Om de vaardigheden te verwerven die nodig waren voor dit project, leerde Paul zichzelf vervolgens fotogrammetrie, 3D-scannen, computerondersteund ontwerpen, oppervlaktemodelleren, 3D-printen in zowel plastic als metaal en natuurlijk werken met koolstofvezel om er maar een paar te noemen. Paul liet zijn vrouw 3D scannen en produceerde vervolgens een levensgroot model dat CNC gesneden was uit massief schuim.

Met behulp van EL2 epoxy lamineerhars en koolstofvezeldoek dat over het levensgrote model werd gelegd, konden ingewikkelde 3D-vormen worden gemaakt. Het had geen zin om nauwkeurige mallen te maken om mee te werken, omdat hij niet wist welke vormen zouden werken (als die er al zouden zijn!). In plaats daarvan gebruikte hij R210 ongeperforeerde release film over het model en werkte dit af met PP180 peel ply. Zo kon hij snel en tegen minimale kosten een prototype maken.

Voor een deel van het ontwerp moesten sommige onderdelen erg stijf zijn en andere flexibel. Het gebruik van de EF80 flexibele epoxyhars zorgde voor de flexibele delen. Eén onderdeel moest echter uit één stuk bestaan, sommige delen moesten erg stijf zijn en andere delen erg flexibel. Paul ontdekte dat hij met de EL2 lamineerhars en de overgang naar de EF80 terwijl de epoxy nog nat was, kreeg wat hij nodig had. De twee verschillende epoxyharsen werkten heel prettig samen, waarbij de stijfheid van de koolstofvezel over het hele onderdeel werd gevarieerd op basis van de verhouding tussen de twee epoxyharsen op die plek. Door Kevlar te gebruiken op sommige van de zeer flexibele plekken ontstond een zeer sterk scharnier in het midden van het onderdeel.

Er waren ook enkele speciaal ontworpen siliconenrubberonderdelen nodig en zowel het AS40 additiehardend siliconenrubber als het CS25 condensatiehardend siliconenrubber werden gebruikt samen met het zwarte vloeibare siliconenpigment om ze te kleuren.

Bovendien waren er zeer sterke complexe onderdelen nodig en deze werden vrij eenvoudig gemaakt met plastic barrières en EL2 lamineerhars gemengd met fijngehakte koolstofvezelresten gemengd tot een pasta. Niet erg mooi, maar werkt erg goed.

Onlangs woonde Paul een open dag bij Easy Composites bij over het gebruik van de XC110 Out of Autoclave Prepreg en hij is nu begonnen met het maken van de nieuwste versies met behulp van de XC110 en afwerking met de XCR coatinghars om een goede gladde oppervlakteafwerking te krijgen.

Tegelijkertijd werkte Paul samen met Alphatech design, een klein ontwerp- en ingenieursbureau uit Devon, om een op maat gemaakt menselijk heupgewricht te maken. Dit gewricht is de sleutel tot het succes van het exoskelet en is vervaardigd met behulp van 3D-printing van aluminium.

Na drie lange jaren, meer dan 4000 uur en veel mislukkingen, heeft Paul een uniek exoskelet gemaakt dat het lichaamsgewicht volledig ontlast. Zijn vrouw kan niet alleen langere tijd (uren) staan, maar kan ook meer dan een kilometer lopen met slechts één kruk en heeft onlangs geleerd om zonder krukken te lopen. Dit is een resultaat dat zijn oorspronkelijke dromen ver overtreft.

Hij heeft nu een bedrijf opgericht, Xothotics Ltd, en heeft een aantal patenten aangevraagd voor het systeem.

Paul en Jane waren onlangs te zien op het nieuws van zowel de BBC als ITV en in een aantal nationale en internationale kranten. Als gevolg van de mediabelangstelling wordt dit nieuwe type exoskelet nu door medische professionals bekeken om te zien wie er nog meer baat zou kunnen hebben bij de ontwikkeling ervan en welke andere aandoeningen het zou kunnen helpen.