Le capteur portable peut aider à libérer le potentiel des exosuits dans des environnements réels

Le port d’un exosuit pourrait aider les gens à se remettre d’une blessure ou même leur donner un coup de pouce supplémentaire s’ils portent quelque chose de lourd.

Mais, selon des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison et de l’Université de Harvard, tous ceux qui portent un robot portable aujourd’hui ne peuvent pas immédiatement tirer parti de l’assistance.

Pour la première fois, l’équipe de recherche a exploité un capteur portable unique pour mesurer directement la force sur le tendon d’Achille des personnes qui portaient un sac à dos lourd tout en portant une exocombinaison. Les chercheurs ont effectué des expériences biomécaniques rigoureuses en laboratoire, mais notamment, ces systèmes sont portés sur le corps et portables. Cela a permis à l’équipe d’effectuer des tests extérieurs supplémentaires sur une personne pour démontrer sa viabilité dans le monde réel. L’équipe a publié ses résultats le 19 octobre 2022 dans la revue Robotique scientifique.

“C’est excitant que nous ayons pu utiliser une exocombinaison à l’extérieur et obtenir ces mesures directes de la force du tendon d’Achille. C’est un grand pas en avant vers la réalisation du plein potentiel des exocombinaisons dans des contextes réels”, déclare Dylan Schmitz, ingénieur mécanique UW-Madison. doctorat candidat et co-premier auteur de l’article.

“Il y a certains cas où avoir un exosuit contraint en laboratoire est toujours un avantage, comme pour travailler avec des patients dans un cadre clinique. Mais si vous voulez envoyer ces appareils à la maison avec des gens, ou si une personne veut en acheter un à des fins personnelles utiliser, alors comprendre comment l’exocombinaison fonctionne dans ces environnements est vraiment important.”

Les découvertes des chercheurs soulignent l’importance de personnaliser une exocombinaison à son utilisateur afin qu’elle puisse être plus utile dans des environnements réels.

Les exosuits provoquent un changement spécifique dans la biomécanique du porteur – par exemple, un dispositif robotique porté sur la cheville d’une personne peut être programmé pour tirer au bon moment pendant la marche pour décharger potentiellement les muscles du mollet et le tendon d’Achille.

Jusqu’à présent, créer l’effet souhaité sur un porteur individuel est resté difficile – et il n’y a pas eu de bon moyen de mesurer directement les changements de charge sur les tissus musculaires et tendineux qui se produisent lorsqu’une personne utilise un exosuit.

L’équipe de recherche UW-Madison et Harvard a résolu ce défi en utilisant un capteur portable unique appelé tensiomètre à ondes de cisaillement. Développé par les ingénieurs UW-Madison et révélé dans sa première itération en 2018 dans Communication Nature, le dispositif simple et non invasif se monte facilement sur la peau au-dessus d’un tendon. Le tensiomètre permet aux chercheurs d’évaluer directement la force du tendon en examinant comment les caractéristiques vibratoires du tendon changent lorsqu’il subit une charge, comme lors d’un mouvement.

Dans l’étude des chercheurs, huit participants portaient une exocombinaison de cheville entièrement portable faite de textiles doux et d’un actionneur, qui a été développé par les chercheurs de Harvard. Les participants, tous de jeunes adultes en bonne santé, ont marché sur un tapis roulant instrumenté avec différents niveaux d’assistance d’exosuit, tout en portant une gamme de poids de sac à dos. Lors de ces tests, les chercheurs ont mesuré plusieurs paramètres biomécaniques et ont également utilisé le tensiomètre pour mesurer directement la charge sur le tendon d’Achille.

Comme prévu, les chercheurs ont découvert qu’à mesure qu’ils ajoutaient du poids au sac à dos, la force du tendon d’Achille augmentait.

Cependant, lorsque les participants portaient l’exosuit pour les aider à porter la charge, les résultats n’étaient pas si prévisibles. Pour certains participants, l’exosuit a considérablement réduit la force exercée sur leur tendon d’Achille pendant la marche, presque comme s’ils ne portaient pas un sac à dos lourd.

Mais d’autres participants ont vu peu de changement dans la force du tendon d’Achille, contre-intuitif à ce que les chercheurs attendaient.

Schmitz dit que ces résultats mitigés pourraient être dus en partie à la variabilité entre les individus, car les gens réagissent différemment à l’aide à la poussée appliquée de l’extérieur.

“Différentes personnes vont réagir à une exocombinaison de différentes manières, nous ne pouvons donc pas supposer qu’il existe un contrôleur d’exocombinaison unique qui fonctionnera pour tout le monde”, a déclaré Schmitz.

“Cette recherche met en évidence l’importance de prendre des mesures directes des forces musculaires et tendineuses pour s’assurer qu’une exosuit provoque les changements biomécaniques attendus. Notre tensiomètre permet ces mesures in vivo, et il peut être utilisé comme un outil puissant pour régler les contrôleurs d’exosuit pour qu’ils fonctionnent. efficacement pour les utilisateurs individuels dans différents environnements.”