L’exosquelette fait son entrée dans le monde réel
Depuis des années, le laboratoire de biomécatronique de Stanford capte l’imagination avec ses émulateurs d’exosquelettes – des dispositifs robotiques qui aident les utilisateurs à marcher et à courir plus vite, avec moins d’efforts.
Le nouvel exosquelette de Stanford
Maintenant, ces chercheurs vont épater les gens avec leur premier exosquelette non attaché. « Cet exosquelette personnalise l’assistance lorsque les gens marchent normalement dans le monde réel », a déclaré Steve Collins, professeur associé de génie mécanique. « Et il a entraîné des améliorations exceptionnelles de la vitesse de marche et de l’économie d’énergie ».
Cette « botte robotisée » est dotée d’un moteur qui fonctionne avec les muscles du mollet pour donner à la personne qui la porte une poussée supplémentaire à chaque pas. Mais, contrairement à d’autres exosquelettes, cette poussée est personnalisée grâce à un modèle basé sur l’apprentissage automatique, qui a été formé au cours de plusieurs années de travail sur des émulateurs.
« La première fois que l’on enfile un exosquelette, il faut parfois s’adapter », explique Ava Lakmazaheri, étudiante diplômée du laboratoire de biomécatronique, qui a porté l’exosquelette lors des tests. « Mais, honnêtement, dès les 15 premières minutes de marche, on se sent tout à fait naturel. Marcher avec les exosquelettes donne littéralement l’impression d’avoir un ressort supplémentaire dans la démarche. Cela rend le prochain pas tellement plus facile ».
Des exosquelettes pour le monde réel
Dans le passé, le principal obstacle à l’efficacité des exosquelettes était l’individualisation. « La plupart des exosquelettes sont conçus en utilisant une combinaison d’intuition ou de biomimétisme, mais les gens sont trop compliqués et diversifiés pour que cela fonctionne bien », a expliqué M. Collins.
Pour résoudre ce problème, le groupe s’est appuyé sur ses émulateurs d’exosquelettes – de grandes installations de laboratoire immobiles et coûteuses qui permettent de tester rapidement la meilleure façon d’aider les gens, et de découvrir les plans de dispositifs portables efficaces à utiliser en dehors du laboratoire.
Avec des étudiants et des volontaires reliés aux émulateurs, les chercheurs ont recueilli des données sur les mouvements et la dépense énergétique afin de comprendre le lien entre la façon dont une personne marche avec l’exosquelette, et la quantité d’énergie qu’elle utilise.
Un coup de pouce de 13 kilogrammes
L’exosquelette facilite la marche et peut augmenter la vitesse en appliquant un couple au niveau de la cheville, remplaçant ainsi une partie de la fonction du muscle du mollet. Lorsque l’utilisateur fait un pas, juste avant que ses orteils ne quittent le sol, l’appareil l’aide à le pousser.
Lorsqu’une personne utilise l’exosquelette pour la première fois, celui-ci fournit un modèle d’assistance légèrement différent à chaque fois qu’elle marche. En mesurant le mouvement résultant, le modèle d’apprentissage automatique détermine comment mieux aider la personne la prochaine fois qu’elle marche. Il suffit d’environ une heure de marche pour que l’exosquelette s’adapte à un nouvel utilisateur.
Lors des tests, les chercheurs ont constaté que leur exosquelette dépassait leurs attentes. D’après leurs calculs, les économies d’énergie et l’augmentation de la vitesse étaient équivalentes à l’enlèvement d’un sac à dos de 13 kilogrammes.
« L’assistance optimisée a permis aux personnes de marcher 9% plus vite avec 17% d’énergie dépensée en moins par distance parcourue, par rapport à la marche avec des chaussures normales. Ce sont les plus grandes améliorations de la vitesse et de l’énergie de la marche économique de tous les exosquelettes à ce jour », a déclaré Collins. « Dans les comparaisons directes sur un tapis roulant, notre exosquelette offre une réduction de l’effort environ deux fois supérieure à celle des dispositifs précédents. »
Plusieurs prochaines étapes
La prochaine étape pour l’exosquelette est de voir ce qu’il peut faire pour le groupe démographique cible : les adultes âgés et les personnes qui commencent à voir leur mobilité diminuer en raison d’un handicap. Les chercheurs prévoient également de concevoir des variantes qui améliorent l’équilibre et réduisent les douleurs articulaires, et de travailler avec des partenaires commerciaux pour transformer ce dispositif en produit.
L’équipe nous montre comment fonctionne ce dispositif optimisé dans cette vidéo.
Cette recherche a été publiée dans Nature.
Source : Stanford University
Crédit photo : Kurt Hickman