Pendant longtemps, le laboratoire de biomécatronique de Stanford a captivé les foules avec des dispositifs robotiques qui aident les patients à marcher et à courir plus vite, avec moins d’efforts, que l’on appelle aussi émulateurs d’exosquelettes. Il y a quelques jours, ces mêmes chercheurs ont dévoilé dans la revue Nature, le premier exosquelette de cheville portable. Ce dernier est personnalisé grâce à un programme mathématique établi sur l’apprentissage automatique.
C’est quoi cet exosquelette ?
L’exosquelette se compose d’une batterie portée à la taille, d’un moteur, d’un tambour et d’une transmission par câble, un système électronique pour recevoir les données des capteurs. Steve Collins, professeur associé de génie mécanique qui dirige le Stanford Biomechatronics Laboratory explique ceci : « Cet exosquelette personnalise l’aide apportée aux personnes qui marchent normalement dans le monde réel, et il a permis des améliorations exceptionnelles de la vitesse de marche et de l’économie d’énergie ».
Comment fonctionne-t-il ?
Il s’agit en fait d’une botte robotisée qui se dote d’un moteur qui fonctionne grâce aux muscles du mollet, ce qui donne au porteur, une poussée supplémentaire à chacun de ses pas. À la différence d’autres modèles d’exosquelettes, la poussée est personnalisée grâce au modèle établi sur l’apprentissage automatique entraîné pendant des années sur des émulateurs. Il serait capable de permettre au porteur d’économiser deux fois plus d’énergie que les autres modèles. Transposé sur un patient, cela améliore la vitesse de marche tout en lui demandant moins d’efforts. L’objectif de l’exosquelette portable étant, bien entendu, d’aider les personnes âgées, et les personnes à mobilité réduite.
Des exosquelettes portables bientôt commercialisés ?
Si l’on en croit les chercheurs de Stanford, cet exosquelette nouvelle génération pourrait être commercialisé dans les années à venir, puisqu’ils sont parvenus à franchir l’un des obstacles majeurs connus : l’individualisation… Avant cette invention, les exosquelettes ne prenaient pas en compte la force du patient, avec ce modèle innovant tout pourrait changer, car il utilise une combinaison d’« intuition » et de « biomimétisme ».
« Nous mesurons la force et le mouvement de la cheville à travers les vêtements pour fournir une assistance précise (…) Vous pouvez ainsi contrôler soigneusement le dispositif pendant que les gens marchent et les aider de manière sûre et discrète (…) 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 tout exosquelette à ce jour (…) Dans les comparaisons directes sur un tapis roulant, notre exosquelette offre une réduction de l’effort environ deux fois supérieure que les dispositifs précédents. » Patrick Slade, étudiant en doctorat et boursier postdoctoral de la Wu Tsai Human Performance Alliance à Stanfordlade
Pour résoudre ce problème, les chercheurs se sont aidés d’émulateurs d’exosquelettes, qui permettent de tester rapidement la meilleure façon d’aider les personnes et de découvrir les plans de dispositifs portables efficaces à utiliser en dehors du laboratoire. Des étudiants et des volontaires ont recueilli toutes les données nécessaires sur la dépense énergétique et les mouvements pour comprendre le lien entre la marche du patient et l’exosquelette. Après les tests, les chercheurs ont déclaré ceci.
« C’est la première fois que nous voyons un exosquelette fournir des économies d’énergie aux utilisateurs du monde réel (…) Je pense qu’au cours de la prochaine décennie, nous verrons ces idées de personnalisation de l’assistance et d’exosquelettes portables efficaces aider de nombreuses personnes à surmonter les problèmes de mobilité ou à maintenir leur capacité à mener une vie active, indépendante et pleine de sens. (…) Nous travaillons à cet objectif depuis environ 20 ans, et je suis honnêtement un peu stupéfait que nous ayons finalement pu le faire (…) Je pense vraiment que cette technologie va aider beaucoup de gens » Patrick Slade, étudiant en doctorat et boursier postdoctoral de la Wu Tsai Human Performance Alliance à Stanfordlade
Des recherches supplémentaires ont permis de créer un modèle d’apprentissage automatique que l’exosquelette utilisera pour s’adapter à chaque patient, grâce à de petits capteurs intégrés dans la botte. Ces derniers vont mesure la force et le mouvement de la cheville afin de fournir, en temps réel, une assistance précise et adaptée à chacun.