Des chercheurs de SNU ont conçu un exosquelette pour soulever des charges
Les dernières avancées en robotique pourraient repousser les limites du corps humain pour nous rendre plus rapides ou plus forts. Des chercheurs du laboratoire de biorobotique de l'Université nationale de Séoul (SNU) ont conçu un exosquelette qui corrige la posture humaine.
Dans un article récent, ils décrivent l'exosquelette Movement Reshaping (MR) qui, au lieu d'augmenter une partie du corps humain, se couple au mouvement d'une articulation pour bloquer ou débloquer le mouvement d'une autre articulation. Le costume fonctionne passivement, sans batterie ni moteur.
Par exemple, lorsqu'on tente de soulever un objet lourd du sol, la plupart d'entre nous se penchent à la taille, une posture propice aux blessures. Le dispositif de SNU empêche cette posture penchée et aide à la corriger en un accroupissement plus sûr.
Dans l'article, on peut lire : « L'approche habituelle de correction de la posture de levage, qui consiste à immobiliser les articulations vulnérables à l'aide de fixations, ne suffit pas à prévenir les blessures au dos résultant de levages répétés. Au lieu de cela, lors du levage de petits objets lourds, toute la chaîne cinétique doit interagir pour réaliser une série de mouvements d'accroupissement et de levage ».
« Nous appelons notre méthodologie « impédance variable (résistance) alimentée par le corps », car nous pouvons modifier l'impédance d'une articulation en déplaçant une autre »
La plupart des dispositifs d'assistance, comme le HeroWear de Karl Zelik, visent à réduire la fatigue de l'utilisateur en fournissant une puissance supplémentaire et en minimisant l'interférence avec ses mouvements volontaires. À l'opposé se trouve le MR Exosuit, qui se concentre sur la transformation des mouvements de levage de l'utilisateur en une forme d'accroupissement sûre, tout en offrant une force supplémentaire.
Le costume MR a été conçu pour réduire les blessures des ouvriers d'usines et d'entrepôts effectuant des levages répétitifs. De nombreuses blessures liées au levage ne sont pas seulement dues à la fatigue musculaire, mais aussi à une mauvaise posture pendant ce geste. Se pencher est plus facile que s'accroupir, et les gens ont naturellement tendance à choisir la stratégie la plus confortable.
Kiwon Kim, spécialiste de médecine de réadaptation du Collège de médecine de SNU, qui a également contribué à l'étude, a déclaré : « Comme les effets néfastes de ces mouvements confortables mais dangereux se développent lentement, les gens ne perçoivent pas le risque à temps, comme dans le cas de la dégénérescence discale ».
Les chercheurs ont conçu un mécanisme qui bloque la flexion de la hanche lorsque la personne tente de se pencher, et qui la débloque lorsqu'elle tente de s'accroupir.
« Nous avons relié le haut du dos au pied grâce à une structure unique de tendons composée de câbles de freinage verticaux et d'une bande élastique horizontale. Lorsque la hanche est fléchie et que le genou ne l'est pas, le couple de flexion de la hanche est transmis au pied via le câble de freinage, provoquant une forte résistance au mouvement. En revanche, si les genoux s'écartent latéralement pour s'accroupir, l'angle entre les tendons change et le couple de flexion de la hanche passe au soutien de la bande élastique »
Le dispositif a été testé sur dix personnes qui utilisaient le costume pour la première fois. Neuf participants sur dix ont modifié leur schéma de mouvement pour se rapprocher d'un accroupissement dans l'exosquelette. Selon les chercheurs, cela correspond à une amélioration de 35 % de l'indice moyen de posture des participants. Ils ont également noté une baisse de 5,3 % de la consommation moyenne d'énergie métabolique.
Les scientifiques travaillent actuellement à l'amélioration du MR Exosuit afin de le tester dans des conditions de travail réelles. Les essais doivent commencer prochainement. En 2022, les chercheurs prévoient de commercialiser le dispositif, mais il reste encore du travail à accomplir. L'efficacité du costume a été confirmée dans l'article, mais pas ses effets à long terme.
« À l'avenir, nous prévoyons de mener une expérience dans différents domaines nécessitant un apprentissage de la posture lors des levages, par exemple dans l'industrie, dans les salles de sport et dans les centres de réadaptation »
Les ingénieurs prévoient également de poursuivre la recherche pour étendre le principe de l'impédance variable alimentée par le corps aux applications sportives. De nombreux sports sollicitant tout le corps, comme le golf, la natation et la course, nécessitent un entraînement précis des mouvements pour gagner en sécurité et en performance.
L'équipe de chercheurs prévoit de développer des vêtements de sport pour l'entraînement moteur, adaptés à différentes disciplines, à l'aide de matériaux souples tels que des câbles et des élastiques. L'étude de SNU montre que des tendons artificiels, dont la structure diffère de celle des tendons humains, peuvent aider efficacement les personnes en modifiant leur schéma moteur.
La version actuelle de l'exosquelette peut être utilisée pour prévenir les mouvements de levage inappropriés chez les patients souffrant de problèmes de colonne vertébrale. Les scientifiques s'attendent à ce que leur conception entraîne des évolutions dans les recherches futures en robotique portable. Ils ont démontré que les dispositifs portables n'ont pas besoin de reproduire la structure anatomique originale du corps humain.
