Une exosquelette personnalisée pour la marche dans le monde réel

Une exosquelette personnalisée pour la marche dans le monde réel

Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé une nouvelle approche dans laquelle l’assistance d’exosuit robotique peut être calibrée pour un individu et s’adapter à une variété de tâches de marche dans le monde réel. Crédit : Biodesign Lab, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science de l’Université Harvard

Les gens marchent rarement à une vitesse constante et une seule pente. Nous changeons de vitesse lorsque nous nous précipitons vers le prochain rendez-vous, lorsque nous captons un signal de passage pour piétons ou lorsque nous nous promenons dans le parc. Les pentes changent aussi tout le temps, que nous allions faire une randonnée ou monter une rampe dans un bâtiment. En plus des variables environnementales, notre façon de marcher est influencée par le sexe, la taille, l’âge et la force musculaire, et parfois par des troubles neuraux ou musculaires tels que les accidents vasculaires cérébraux ou la maladie de Parkinson.

Cette variabilité humaine et des tâches est un défi majeur dans la conception d’une robotique portable pour aider ou augmenter la marche dans des conditions réelles. À ce jour, la personnalisation de l’assistance robotique portable à la marche d’un individu nécessite des heures de réglage manuel ou automatique, une tâche fastidieuse pour les personnes en bonne santé et souvent impossible pour les personnes âgées ou les patients cliniques.

Maintenant, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé une nouvelle approche dans laquelle l’assistance d’exosuit robotique peut être calibrée pour un individu et s’adapter à une variété de tâches de marche du monde réel dans une affaire de secondes. Le système bioinspiré utilise des mesures échographiques de la dynamique musculaire pour développer un profil d’assistance personnalisé et spécifique à l’activité pour les utilisateurs de l’exosuit.

“Notre approche basée sur les muscles permet une génération relativement rapide de profils d’assistance individualisés qui offrent un réel avantage à la personne qui marche”, a déclaré Robert D. Howe, professeur d’ingénierie Abbott et James Lawrence et co-auteur de l’article.

La recherche est publiée dans Robotique scientifique.

Les précédentes tentatives bio-inspirées de développement de profils d’assistance individualisés pour les combinaisons robotiques se sont concentrées sur les mouvements dynamiques des membres du porteur. Les chercheurs de SEAS ont adopté une approche différente. La recherche était une collaboration entre le Harvard Biorobotics Laboratory de Howe, qui possède une vaste expérience en imagerie par ultrasons et en traitement d’images en temps réel, et le Harvard Biodesign Lab, dirigé par Conor J. Walsh, professeur Paul A. Maeder d’ingénierie et de sciences appliquées à SEAS, qui développe des robots portables souples pour augmenter et restaurer les performances humaines.

“Nous avons utilisé des ultrasons pour regarder sous la peau et mesuré directement ce que les muscles de l’utilisateur faisaient au cours de plusieurs tâches de marche”, a déclaré Richard Nuckols, associé de recherche postdoctoral à SEAS et co-premier auteur de l’article. “Nos muscles et tendons sont conformes, ce qui signifie qu’il n’y a pas nécessairement de correspondance directe entre le mouvement des membres et celui des muscles sous-jacents entraînant leur mouvement.”

L’équipe de recherche a attaché un système à ultrasons portable aux mollets des participants et a imagé leurs muscles pendant qu’ils effectuaient une série de tâches de marche.







Démonstration d’exosquelette à la cheville. Crédit : Biodesign Lab, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science de l’Université Harvard

« À partir de ces images préenregistrées, nous avons estimé la force d’assistance à appliquer en parallèle avec les muscles du mollet pour compenser le travail supplémentaire qu’ils doivent effectuer pendant la phase de poussée du cycle de marche », a déclaré Krithika Swaminathan, étudiante diplômée à SEAS et la Graduate School of Arts and Sciences (GSAS) et co-premier auteur de l’étude.

Le nouveau système n’a besoin que de quelques secondes de marche, même une foulée peut suffire, pour capturer le profil du muscle.

Pour chacun des profils générés par ultrasons, les chercheurs ont ensuite mesuré la quantité d’énergie métabolique utilisée par la personne pendant la marche avec et sans l’exosquelette. Les chercheurs ont découvert que l’assistance musculaire fournie par l’exosuit réduisait considérablement l’énergie métabolique de la marche sur une gamme de vitesses et d’inclinaisons de marche.

L’exosuit a également appliqué une force d’assistance inférieure pour obtenir un bénéfice énergétique métabolique identique ou amélioré par rapport aux études publiées précédentes.

“En mesurant directement le muscle, nous pouvons travailler de manière plus intuitive avec la personne utilisant l’exosquelette”, a déclaré Sangjun Lee, étudiant diplômé à SEAS et GSAS et co-premier auteur de l’étude. “Avec cette approche, l’exosuit ne domine pas le porteur, il travaille en coopération avec eux.”

Lorsqu’elle a été testée dans des situations réelles, l’exosuit a pu s’adapter rapidement aux changements de vitesse et d’inclinaison de la marche.

Ensuite, l’équipe de recherche vise à tester le système en procédant à des ajustements constants et en temps réel.

“Cette approche peut aider à soutenir l’adoption de la robotique portable dans des situations dynamiques du monde réel en permettant une assistance confortable, adaptée et adaptative”, a déclaré Walsh, auteur principal de l’article.

Cette recherche a également été co-écrite par Dorothy Orzel.


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Plus d’information:
Individualisation de l’assistance exosuit basée sur la dynamique musculaire mesurée lors de la marche polyvalente, Robotique scientifique (2021). DOI : 10.1126/scirobotics.abj1362

Fourni par Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Citation: Un exosuit personnalisé pour la marche dans le monde réel (2021, 10 novembre) récupéré le 10 novembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-11-personalized-exosuit-real-world.html

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