La recherche sur l’exosquelette démontre l’importance de la formation

La recherche sur l'exosquelette démontre l'importance de la formation

L’étudiant diplômé Guan Rong Tan marche dans l’émulateur d’exosquelette de cheville dans le laboratoire de biomécatronique. Crédit : Guan Rong Tan et Michael Raitor

Les appareils à exosquelette fonctionnent, selon les chercheurs, pour une variété d’utilisations telles qu’accélérer notre marche ou rendre la course plus facile. Pourtant, ils ne savent pas exactement ce qui rend les exosquelettes efficaces. Quel est l’avantage de la personnalisation, par exemple ? Et à quel point le simple fait de s’habituer à l’exosquelette est-il important ? Des chercheurs du Stanford Biomechatronics Laboratory de l’Université de Stanford ont examiné ces questions et ont découvert que la formation joue un rôle remarquablement important dans la manière dont les exosquelettes fournissent une assistance.

« Les gens sont formidables pour apprendre de nouvelles tâches », a déclaré Katherine Poggensee, Ph.D. ’21, ancien membre du Stanford Biomechatronics Laboratory. « Et ainsi, avec la formation seule, en laissant simplement aux gens le temps d’apprendre à utiliser l’appareil par eux-mêmes, ils peuvent tirer de grands avantages de nos appareils. »

Pour découvrir les secrets du succès de l’exosquelette, Poggensee et Steve Collins, professeur agrégé de génie mécanique et responsable du laboratoire de biomécatronique, ont surveillé les progrès de 15 personnes équipées d’un émulateur d’exosquelette de cheville, un dispositif qui se fixe dans la chaussure et autour de la tige de les jambes d’une personne et imite un exosquelette motorisé, mais permet une personnalisation abondante et un réglage fin grâce à des contrôleurs spéciaux en laboratoire.

Ces personnes n’avaient jamais utilisé d’exosquelette auparavant, mais bien qu’elles aient toutes bénéficié d’une formation, différentes approches ont donné des résultats très différents. Les participants qui ont reçu les conditions d’entraînement les plus avantageuses ont dépensé près de 40 % d’énergie en moins en marchant avec l’aide de l’exosquelette par rapport à la marche avec l’exosquelette désactivé. Parmi tous les participants, les chercheurs ont déterminé que la formation contribuait à environ la moitié des avantages globaux offerts par l’exosquelette. La recherche est détaillée dans un article publié le 29 septembre dans Robotique scientifique.







Vidéo de la formation des participants à l’étude sous le régime « d’optimisation continue » pour l’utilisation de l’exosquelette de la cheville. Crédit : Poggensee et Collins, Sci. Robot. 6, eabf1078 (2021)

“Le message principal pour nos collègues est le suivant : nous devons améliorer notre jeu expérimental. Nous devons vraiment former les gens”, a déclaré Collins, qui décrit l’expérience de l’exosquelette comme moins comme mettre l’armure intelligente d’un super-héros que comme faire du vélo. “Une fois que vous avez appris à bien le faire, vous pouvez simplement mettre les exosquelettes et commencer à marcher et c’est facile, mais devenir un expert prend un peu de temps.”

Prendre le temps

Les chercheurs se sont concentrés sur trois questions principales : pouvons-nous entraîner les gens à utiliser des exosquelettes en leur donnant simplement un appareil et en les faisant marcher longtemps ? Pouvons-nous aider les gens à s’entraîner plus rapidement si nous les exposons à une variété de comportements d’exosquelette ? Et, une fois que les gens sont entièrement formés, comment le contrôle personnalisé de l’exosquelette affecte-t-il les performances ?

Les participants ont été répartis en trois groupes principaux, chacun ayant suivi cinq jours de formation. Un groupe a reçu une assistance générique de l’émulateur d’exosquelette (basé sur ce qui a aidé les participants dans le passé), un autre a bénéficié d’une optimisation continue de l’appareil en fonction de leurs besoins spécifiques tout au long de l’étude, et le troisième groupe a bénéficié d’une optimisation qui a été réinitialisée chaque jour. Comme prévu, les participants du groupe d’optimisation continue ont vu la plus forte baisse de la dépense énergétique et, parce qu’ils étaient exposés à une certaine variété de comportement de l’exosquelette, ont obtenu ces avantages plus rapidement.

“Ce à quoi nous ne nous attendions pas, c’est à quel point les gens ont bien réussi”, a déclaré Poggensee.

Les personnes du groupe le plus avantageux (optimisation continue et exposition à une variété modérée) sont celles qui ont réduit leurs coûts énergétiques de près de 40 %. (Et de nombreux participants ne percevaient même pas à quel point l’exosquelette aidait jusqu’à ce qu’ils recommencent à marcher sans l’éteindre.) En comparant tous les tests, les chercheurs ont déterminé que l’entraînement était responsable d’environ la moitié de cette amélioration et qu’environ un quart était dû à la personnalisation. Poggensee a souligné que la personnalisation serait probablement encore plus importante pour les personnes ayant des problèmes de mobilité.

Une autre surprise a été le temps qu’il a fallu aux participants pour devenir des “experts”, ce que les chercheurs ont défini comme le point auquel leurs améliorations énergétiques ont atteint un plateau. Cela a pris environ deux heures dans les émulateurs d’exosquelette, l’équivalent de cinq miles de marche. Cela peut ne pas sembler long, mais c’est un engagement substantiel pour les études en laboratoire.

“Heureusement pour les utilisateurs de futurs produits, nous nous attendons à ce que les gens accumulent beaucoup d’exposition au cours de leur première semaine avec un appareil. Ainsi, cela ne devrait pas inhiber les gens ou empêcher les gens de devenir des experts dans ce contexte”, a déclaré Collins, qui est également membre du corps professoral du Stanford Institute for Human-Centered Artificial Intelligence (HAI), qui a financé cette recherche. “Mais, si nous voulons vraiment comprendre comment les gens réagissent à un nouvel appareil en laboratoire, nous aurons besoin de longs protocoles.”

Une meilleure formation

Cette recherche souligne la valeur d’une meilleure compréhension de la formation, y compris comment les gens s’habituent aux appareils de mobilité et comment la formation peut être améliorée.

“Un gros point à retenir pour moi est que nous devons laisser nos participants conduire nos recherches”, a déclaré Poggensee. “Nous devons leur donner le temps d’apprendre à utiliser l’appareil, afin de ne pas interférer avec l’apprentissage.”

L’intérêt de l’équipe a également été piqué par le fait que, même après que les participants se soient qualifiés d’experts, il y avait encore des améliorations lentes de leurs performances sur des dizaines d’heures de formation. Pour vraiment tirer le meilleur parti des exosquelettes, les chercheurs peuvent avoir besoin d’étudier comment le corps des gens s’adapte ; par exemple, la façon dont les muscles se renforcent pour mieux profiter de l’appareil.

Pour l’instant, Collins et son laboratoire cherchent à accélérer l’acquisition d’expertise, notamment une collaboration avec l’informaticienne de Stanford Emma Brunskill. Et il est de plus en plus optimiste quant au potentiel des exosquelettes à devenir un appareil banal dans la vie de nombreuses personnes.

“Les exosquelettes arrivent”, a déclaré Collins. “Ils vont améliorer votre vie et, une fois que vous vous y habituerez, vous ne le remarquerez peut-être même pas.”


L’exosquelette de la cheville permet une marche plus rapide


Plus d’information:
Comment l’adaptation, la formation et la personnalisation contribuent aux avantages de l’assistance exosquelette, Robotique scientifique (2021). DOI : 10.1126/scirobotics.abf1078

Fourni par l’Université de Stanford

Citation: La recherche sur l’exosquelette démontre l’importance de la formation (2021, 29 septembre) récupéré le 29 septembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-09-exoskeleton-importance.html

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