Lorsque Conor Walsh était étudiant de troisième cycle au MIT, il était pilote d'essai pour le programme d'exosquelette de son professeur. Le puissant appareil rigide était difficile à porter et à utiliser, en raison de la façon dont il devait interagir avec le corps, obligeant ainsi le corps de l'utilisateur à se conformer à la structure de l'appareil, et non l'inverse.
Walsh a finalement déménagé à Harvard et a lancé sa propre recherche sur les exosuits. Mais il a tenu à travailler sur des systèmes souples et flexibles pour faciliter la locomotion. Après cinq années de travail, ses costumes ont aidé les promeneurs à se déplacer de 20 à 25% plus efficacement, selon ses recherches, publiées récemment dans Science Robotics .
«L’approche que nous adoptons et un groupe d’autres groupes commencent également à adopter le même principe: pouvez-vous fournir une assistance modeste à modérée, mais par le biais d’une plate-forme très légère et non restrictive?», Déclare Walsh.
L'appareil est basé sur un câble, qui aide à aider le mouvement de deux articulations différentes, la cheville et la hanche. L'utilisateur porte un harnais autour de la taille et les bretelles vont de ce harnais aux bretelles autour de chaque mollet. Un câble relie le talon à une poulie au mollet, puis à un petit moteur. (Pour l'instant, il a maintenu le moteur et la source d'alimentation montés ailleurs, afin de simplifier l'étude.)
Des capteurs gyroscopiques montés sur les pieds envoient des données à un microcontrôleur, qui interprète la foulée du promeneur et engage le moteur au moment opportun. Lorsque le moteur s'enroule dans le câble, il tire sur le talon, ce qui facilite la marche (appelée flexion plantaire). La ceinture sert à deux fins; il agit comme un support, évitant ainsi au mollet de subir autant de pression, mais offre également une assistance à l'articulation de la hanche, la force de la poulie étant transférée vers le haut via les sangles.
Walsh et ses coauteurs ont exploité l'appareil à quatre niveaux de puissance différents pour voir ce qui était le plus efficace.
«L'objectif principal de cette étude était d'examiner, au fur et à mesure que nous augmentons l'aide que nous fournissons à la personne… quels types de réponses voyons-nous de la personne?», Déclare Walsh.
Ce qu’ils ont constaté, c’est que même au plus haut niveau d’aide (mesuré par la force appliquée en pourcentage du poids corporel, avec un maximum de 75%), ils n’ont pas constaté de plateau; L’efficacité, mesurée par la quantité d’oxygène utilisée par les participants pendant la marche, a continué à augmenter.
«Ce que ses données suggèrent, c’est que, si l’on continue d’essayer d’ajouter de l’aide, il se peut qu’il n’y ait pas de limite, pas de limite à ce que nous pourrions améliorer la consommation d’essence d’une personne, si vous voulez», déclare Greg Sawicki. Sawicki travaille également dans des exosuits d'aide à la marche, en tant que professeur associé en génie biomédical à l'Université de Caroline du Nord. Ses appareils sont basés sur un petit exosquelette léger et rigide, parfois alimenté, parfois actionné par un ressort, qui s’ajuste autour de la cheville.
«Dans nos études, nous avons trouvé un résultat différent, à savoir qu'il y a souvent des rendements décroissants», dit-il. "Vous faites bien jusqu'à un certain point d'assistance, et si vous donnez trop, l'efficacité du système homme-machine commence à décliner." Il soupçonne que la différence est due à l'architecture multi-articulaire de Walsh et il intègre le mouvement de la hanche.
Les travaux de Walsh et de Sawicki ont été appliqués au domaine médical, aidant les victimes d'accidents vasculaires cérébraux, ou les patients atteints de sclérose en plaques, ou d'autres lésions et maladies liées à l'âge à augmenter leur mobilité. Walsh s'est associé à ReWalk Robotics pour développer des systèmes pour ces applications. Une autre application importante a toutefois permis à Walsh d’obtenir un financement de la DARPA: les soldats portant de lourds engins pourraient un jour utiliser des combinaisons comme celles-ci pour les aider à marcher plus loin, à porter plus et moins de fatigue.
Dans la poursuite de ces deux objectifs, Walsh a perfectionné les textiles, les systèmes d'actionnement et les contrôleurs pour rendre ces combinaisons plus réalistes en dehors du laboratoire. «Les avancées dans ce domaine proviennent de collaborations avec des personnes qui comprennent l'humain, la physiologie, la biomécanique et des personnes qui comprennent la robotique et l'aspect technologique», dit-il. Il s’agit d’une approche multidisciplinaire associant design et ergonomie, mais aussi biomécanique, génie logiciel et robotique. Tout le monde marche un peu différemment, le système doit donc être au moins partiellement personnalisable. Et puis il y a le poids.
«Le plus gros défi est la densité de puissance de l'actionnement», explique Sawicki, soulignant que le montage des batteries et des moteurs sur le déambulateur plutôt que sur un support à proximité, comme le faisait Walsh, pourrait réduire l'efficacité. Tant que la technologie des batteries et des moteurs ne s’améliorera pas, toute augmentation de puissance nécessitera une augmentation de poids, un compromis qui est pour le moment inhérent à tous ces marcheurs. "Il existe cette règle fondamentale qui veut que si vous voulez être plus puissant, vous devez être plus lourd, quand il s'agit de moteurs."
