Bij het ontwikkelen van hulpmiddelen voor mensen met een amputatie of dwarslaesie kijken onderzoekers en ontwerpers heel goed naar wat dit hulpmiddel moet kunnen. Meestal moet zo’n hulpmiddel stevigheid of beweging mogelijk maken, om het lichaam van degene die het gebruikt te ondersteunen of te laten bewegen. De mechanica – oftewel het deel van de natuurkunde dat zich bezighoudt met evenwicht en beweging van voorwerpen – speelt hierin een belangrijke rol.
Als je een prothese ontwerpt, moet je eerst weten op welke manier de prothese gebruikt wordt. Wanneer onderzoekers dat duidelijk hebben, kunnen ze gaan ontwerpen. In een prothese zitten allerlei onderdelen die samen zorgen dat de prothese op de juiste manier beweegt en belast kan worden. De materialen en constructies die ze hiervoor gebruiken, zijn vaak al langer bekend en beproefd. Maar soms ontdekken ze ook iets nieuws.
Wat gebeurt er als je aan een elastiekje trekt? Het antwoord is simpel: het wordt langer. Maar Nederlandse natuurkundigen van de Universiteit Leiden, AMOLF en ARCNL vonden in 2025 een wel heel bijzonder materiaal uit, dat juist krimpt als je eraan trekt. Ze koppelden kleine, eenvoudige onderdelen op een slimme manier aan elkaar. Dat leverde een structuur op die zich op een onverwachte manier gedraagt: als je eraan trekt, springen de onderdelen naar binnen in plaats van naar buiten, waardoor het geheel dus juist korter wordt.
Figuur 1: Materiaal dat niet uitrekt maar krimpt als je eraan trekt. Bron: YouTube.
In figuur 2 zie je nog een video waarin gesproken wordt over hetzelfde materiaal. Hierin zie je dat veel mensen verbaasd reageren op wat er gebeurt.
Figuur 2: Uitgebreide video met daarin uitleg over het principe achter het materiaal dat niet uitrekt maar krimpt als je eraan trekt. Bron: YouTube.
De onderzoekers denken dat hun uitvinding in de toekomst veel toepassingen kan krijgen. Naast toepassingen waarmee je gebouwen beter bestand kunt maken tegen aardbevingen, zou dit materiaal ook wel eens ideaal kunnen zijn voor protheses, of exoskeletten. Deze hulpmiddelen moeten over het algemeen soepel kunnen bewegen. Maar bij onverwachte bewegingen moeten ze ook snel kunnen verstijven om voldoende steun te geven aan de persoon die het gebruikt.
De uitvinding van het nieuwe materiaal is een mooi voorbeeld van een technologische vinding waar kennis van natuurkunde voor nodig is. Er zijn natuurlijk nog veel meer van dit soort voorbeelden. Onderzoekers in Groningen maken bijvoorbeeld natuurkundige modellen van de spieren en het skelet van mensen met een amputatie. Deze modellen helpt ze om bionische benen te ontwerpen waarmee deze mensen op een natuurlijke manier kunnen bewegen.
In dit artikel van ICT&Health – het kennisplatform voor zorginnovatie – kun je lezen over een techniek om elektroden in het spierweefsel van een geamputeerde arm te plaatsen voor de 'besturing' en controle van de vingers van een handprothese. En dit verhaal gaat over robotische knieprotheses, die met algoritmes helpen om het looppatroon van gebruikers te verbeteren, de kans op struikelen te verminderen en overbelasting van gezonde gewrichten te beperken.
Niet alleen bij het ontwerpen van protheses is natuurkunde belangrijk. Veel technieken in de gezondheidszorg zouden er niet zijn zonder natuurkundige kennis. Denk maar eens aan het maken van medische afbeeldingen zoals MRI-scans, röntgenfoto’s en echo’s, maar bijvoorbeeld ook aan apparaatjes tegen hartritmestoornissen, operatierobots of apparaten voor protonentherapie. Dit zou er allemaal niet zijn zonder kennis van de natuurkunde.
