La réponse aux problèmes de mobilité pourrait-elle un jour être aussi simple que de mettre un pantalon? Une équipe de chercheurs dirigée par Jonathan Rossiter, professeur à l'Université de Bristol, a récemment dévoilé un prototype de pantalon robotique qui, espère-t-il, pourrait aider certaines personnes handicapées à marcher sans autre aide.
En tant qu’ingénieur qui cherche des moyens d’aider les personnes atteintes de lésions de la colonne vertébrale à bouger à nouveau leurs membres, je suis tout à fait conscient de l’effet que la perte de mobilité peut avoir sur la qualité de vie d’une personne et sur les avantages de la restauration de ce mouvement. Compte tenu du nombre impressionnant de personnes handicapées (plus de 6, 5 millions de personnes ayant des problèmes de mobilité au Royaume-Uni) et de notre population vieillissante, les dispositifs améliorant la mobilité pourraient aider une grande partie de la population.
Pourtant, malgré 50 ans de recherche, ce type de technologie a rarement été adopté en dehors du laboratoire. Le nouveau développement du pantalon robotisé est-il en passe de devenir enfin une technologie de mobilité fonctionnelle à la maison?
Contrairement au dispositif robotique rigide du film d'animation The Wrong Trousers de Wallace et Gromit, les nouveaux «Right Trousers» utilisent des muscles artificiels souples pour créer du mouvement, ainsi que pour exploiter les vrais muscles du porteur. Ceux-ci imitent les muscles humains en produisant une force simplement en devenant plus courts et en tirant des deux côtés.
En regroupant plusieurs muscles artificiels, le pantalon d'assistance peut déplacer une articulation telle que le genou et aider l'utilisateur à effectuer des mouvements tels que se lever d'une chaise. Parce que les muscles artificiels sont élastiques et souples, ils sont plus sûrs que les moteurs traditionnels utilisés dans les exosquelettes robotiques rigides qui, bien que puissants, sont rigides et inconfortables.
Les chercheurs ont avancé plusieurs idées différentes sur la manière de raccourcir les muscles artificiels et de créer du mouvement. Une conception adapte le concept de muscles de l'air, qui sont en réalité des ballons qui se dilatent latéralement et raccourcissent lorsqu'ils se remplissent d'air.
Une autre conception proposée utilise l’électricité pour raccourcir un muscle artificiel constitué d’un gel placé entre deux plaques de cuivre. Le gel est attiré par les zones de haute tension électrique. Ainsi, la création de deux tensions différentes dans les plaques oblige le gel à se contracter autour de l’une d’elles, en les rapprochant et en raccourcissant le muscle.
Une autre technologie intégrée dans le pantalon d'assistance est la stimulation électrique fonctionnelle (FES). Des électrodes tissées dans le pantalon stratégiquement situées au-dessus des muscles peuvent envoyer des impulsions électriques spécialement conçues dans le corps pour détourner le canal de communication entre le cerveau et les muscles et commander directement la contraction des muscles. En utilisant les muscles existants et en contournant le cerveau, le pantalon d'assistance peut même commander des muscles que les porteurs pourraient avoir des difficultés à utiliser seuls (par exemple en raison d'un accident vasculaire cérébral).
Le pantalon peut également aider les utilisateurs qui ont du mal à rester debout très longtemps, grâce à des genouillères en plastique spécialement conçues pour se redresser lorsqu’elles refroidissent. Le contrôle de la température des attelles permet au genou de bouger ou de se verrouiller en position pour rester debout sans trop d'effort nécessaire des muscles (réels ou artificiels).
Les autres caractéristiques comprennent une ceinture automatique, utilisant un mécanisme similaire aux muscles de l'air, pour rendre le pantalon facile et sûr.
Les chercheurs suggèrent de créer un système électronique intégré qui recueille des informations sur les mouvements et l'état du porteur grâce à des capteurs intégrés dans le pantalon, et contrôle tous les systèmes pour adapter les mouvements aux besoins de l'utilisateur. L'électronique permettrait aux utilisateurs de contrôler leurs mouvements via des commandes directement tissées sur le pantalon. Le défi consistera à chronométrer le mouvement des muscles artificiels et la stimulation électrique des muscles réels en réponse à la posture de l'utilisateur.
Défis restants
The Right Trousers est unique dans son approche de la fusion de la recherche de pointe et des techniques bien établies dans un seul prototype. Outre la nouveauté du pantalon robotisé, ce qui rend le dispositif aussi attrayant qu'une technologie d'assistance pratique est le fait qu'il peut être adapté à de nombreux utilisateurs différents. Cela laisse espérer qu'il pourrait être largement adopté là où d'autres entreprises précédentes ont échoué.
Cependant, ce n'est que le prototype. Il faudra probablement au moins cinq ans avant qu’un produit en état de marche n’aille et il faut répondre à des questions importantes pour arriver à ce stade. Où va-t-il stocker toute la puissance dont il a besoin? Comment tous les systèmes peuvent-ils être miniaturisés et intégrés dans le pantalon afin de ne pas devenir encombrants et difficiles à porter? Le contrôleur peut-il prédire la meilleure action à prendre dans la complexité sans cesse changeante des environnements réels dans lesquels les utilisateurs marchent?
Pourtant, d’autres technologies ont le potentiel d’améliorer encore le pantalon. Des interfaces cerveau-ordinateur capables de décoder les signaux cérébraux sont maintenant utilisées dans les systèmes permettant aux personnes paralysées de se déplacer à nouveau. Contrôler le pantalon d'assistance par la pensée pourrait permettre à beaucoup de gens de faire un pas sans effort à nouveau.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Ioannis Dimitrios Zoulias, chercheur postdoctoral en génie biomédical, Université de Reading
