Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! De quoi s’agit-il? Pourquoi ? Des réalisations actuelles Les technologies utilisées

Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! De quoi s’agit-il? Exo est un mot grec qui signifie « à l’extérieur ». Contrairement au squelette humain qui soutient le corps de l’intérieur, un exosquelette soutient le corps de l’extérieur.

Les aspirations… Dans la Grèce antique, le lutteur Milon Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ? Les aspirations… Dans la Grèce antique, le lutteur Milon Dans la Grèce antique, le lutteur Milon s’est entrainé pour les Jeux olympiques en portant un veau nouveau-né sur son dos tous les jours. Comme le veau a grandit et est devenu de plus en plus lourd, cela a forcé le corps de Milo à se renforcer et prendre de la masse musculaire, et comme ça, il est devenu le plus fort homme de son temps, en remportant les Jeux olympiques 6 fois.  

décupler la capacité de la personne qui s’équipe … Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ? Aujourd’hui, décupler la capacité de la personne qui s’équipe … … à des fins militaires

Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ? Mais aussi décupler la capacité de la personne qui s’équipe pour l’amélioration des services et la lutte contre les TMS. Power Assit Suite Particularité: commande vocale Objectif: faciliter les mouvements d’un agriculteur, comme lors de la cueillette des fruits. TMS Troubles MusculoSquelettiques

Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ?

Aujourd’hui, c’est aussi Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ? Aujourd’hui, c’est aussi redonner usage des membres à des personnes victimes d’accidents par rééducation.

ou encore palier un déficit de motricité. Regard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ? ou encore palier un déficit de motricité. Dans la Grèce antique, le lutteur Milon s’est entrainé pour les Jeux olympiques en portant un veau nouveau-né sur son dos tous les jours. Comme le veau a grandit et est devenu de plus en plus lourd, cela a forcé le corps de Milo à se renforcer et prendre de la masse musculaire, et comme ça, il est devenu le plus fort homme de son temps, en remportant les Jeux olympiques 6 fois.  

HULC (Human Universal Load Carrier) Regard technologique sur l’extension physique externe Des modèles militaires HULC (Human Universal Load Carrier) de Lokheed Martin aux Etats-Unis Finalité: décupler la performance des soldats (port de charges, réduction de consommation d’oxygène) Principales caractéristiques: Masse totale sans les batteries : 24 kg Vitesse maxi : 6,2 km/h Charge utile : jusqu’à 90 kg sur le dos Système hydraulique haute pression Batteries : Lithium-Polymère Source: Wikipédia C'est le dernier sorti. Il permet de transporter 100kg de charge. Il est également développé pour réduire le cout métabolique de l'utilisateur, en matière de consommation d'oxygène notamment. Ainsi, sans le transport de charge, il fait décroitre la consommation d'oxygène de 5 à 12 %. en transportant 40 kg, on atteint environ 15% d'économie en utilisant le système HULC.   Vidéo HULC site constructeur

HERCULE, RB3D/DGA, France Regard technologique sur l’extension physique externe Des modèles militaires HERCULE, RB3D/DGA, France Finalité: décupler la performance des soldats Principales caractéristiques: 20 km à 4 km/h pour un objectif de charge de l’ordre de 80-100 kg. moteurs électriques qui entraînent des actionneurs à câbles mécanisés Source: Wikipédia   hercule

Vos remarques sur les modèles militaires présentés Regard technologique sur l’extension physique externe Des modèles militaires Vos remarques sur les modèles militaires présentés  Des mouvements fluides. Une structure qui colle à celui qui le porte.

Des apports technologiques: -> jambe mécatronique Regard technologique sur l’extension physique externe Des modèles militaires Une remarque importante sur les modèles pour l’assistance de personne valide: l’exosquelette détecte de lui-même les mouvements de l’utilisateur et ne fait que les accompagner en supportant les efforts à la place de l’homme. Des apports technologiques: -> jambe mécatronique -> une centrale inertielle -> …

HAL (Hybrid Assistive Limb) de Cyberdyne, Japon Regard technologique sur l’extension physique externe Un modèle pour aider les personnes ayant des difficultés à se mouvoir HAL (Hybrid Assistive Limb) de Cyberdyne, Japon Il est capable de multiplier la force humaine par un facteur de 2 à 10. Particularité: une technologie électrique à partir de signaux bioélectriques venant des muscles. Signification du nom : HAL signifie "hybrid assistive limb" (membre d’assistance hybride). Le nom de l’entreprise, « Cyberdyne » et le nom de l’Exosquelette, « HAL » sont tous deux des noms partagés avec des ordinateurs fictifs. Cyberdyne était l’entreprise qui fabriqua Skynet dans la série Terminator. HAL était l’ordinateur de bord du vaisseau spatial Discovery One dans 2001 : L’Odyssée de l’espace. http://www.lepoint.fr/high-tech-internet/hal-l-exosquelette-pour-compenser-le-handicap-04-02-2011-135740_47.php Source photo: http://www.tomsguide.fr/actualite/Robotique,217.html

eLEGS, de Berkeley Bionics au Etats-Unis Regard technologique sur l’extension physique externe Un modèle pour permettre à des paraplégiques de remarcher eLEGS, de Berkeley Bionics au Etats-Unis Particularité: Utilise des interfaces haptiques. Haptique: le touché http://www.youtube.com/watch?v=WcM0ruq28dc http://www.exosquelette.fr/berkeley-bionics.html Vidéo

Regard technologique sur l’extension physique externe Un premier modèle pour la rééducation neuromotrice Walkbot Objectif: réapprendre au patient le mouvement de la marche naturelle http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=wZhKlnIedzI

Regard technologique sur l’extension physique externe Un deuxième modèle pour la rééducation neuromotrice ABLE du CEA Extrait de thèse de N Jarrassé

Regard technologique sur l’extension physique externe Les avancés technologiques Les technologiques qui contribuent au développement des exosquelettes …

Alliage d’aluminium (Al) à haute résistance mécanique Regard technologique sur l’extension physique externe Les matériaux utilisés pour la structure Alliage d’aluminium (Al) à haute résistance mécanique Module de Young E = 80 GPa. Titane (Ti) avec une résistance mécanique par rapport au poids d’environ 25% plus élevée que l’aluminium. E = 120 GPa Le module de Young ou module d’élasticité (longitudinale) ou encore module de traction est la constante qui relie la contrainte de traction (ou de compression) et la déformation pour un matériau élastique isotrope. Lingot de titane cristallisé pur à 99,995% Source: Wikipédia

Regard technologique sur l’extension physique externe Les liaisons mécaniques Le nombre de degrés de libertés complexifie la réalisation La cinématique du bras ABLE du CEA

Regard technologique sur l’extension physique externe Les batteries pour l’énergie embarquée Diagramme de Ragone Exemples: - HULC -> Lithium-Polymère - HAL -> Lithium - ion

Regard technologique sur l’extension physique externe Chaîne d’action: les déclencheurs de mouvements Les déclencheurs déplacent l’exosquelette et la personne qui porte ce dernier. Les technologies les plus employées: - moteurs électriques (ex : Hercule) - compresseur hydraulique avec des vérins (ex : HULC) - pneumatique (rééducation) - hybride (hydraulique ou pneumatique + moteur électrique pour amplification d’effort si nécessaire)

Regard technologique sur l’extension physique externe Chaînes d’énergies et d’informations Exemple d’un axe motorisé à partir d’un moteur électrique

Regard technologique sur l’extension physique externe Chaînes d’énergies et d’informations

Regard technologique sur l’extension physique externe Centrale inertielle Trois gyromètres mesurant les trois composantes du vecteur vitesse angulaire Trois accéléromètres mesurant les trois composantes du vecteur « force spécifique » (en m.s-2) La force spécifique est la somme des forces extérieures autres que gravitationnelles divisée par la masse

Regard technologique sur l’extension physique externe Capteur d’intention de mouvement Il n’est ici question que des capteurs sur des exosquelettes sur des sujets valides (les autres capteurs seront étudiés dans le prochain atelier). Les intentions de mouvement sont dans ce cas détectées au niveau des articulations de l’exosquelette, par des capteurs de type piézoélectrique ou par des jauges de contraintes. La force spécifique est la somme des forces extérieures autres que gravitationnelles divisée par la masse

Regard technologique sur l’extension physique externe Capteur d’intention de mouvement Des capteurs à haut niveau d’intégration: la technologie MEMS (MicroElectroMechanical Systems) systèmes microélectromécaniques en français. La force spécifique est la somme des forces extérieures autres que gravitationnelles divisée par la masse Sources: Wikipédia et dirac.epucfe.eu Des composants internes dont la taille est comprise entre 1 et 100 micromètres (diamètre d’un cheveu) pour former un ensemble inférieur au millimètre.

Regard technologique sur l’extension physique externe Capteur de déplacement des axes Les codeurs incrémentaux sont les plus utilisés car ils présentent le meilleur compromis « Précision de l’information / poids ». La force spécifique est la somme des forces extérieures autres que gravitationnelles divisée par la masse

Regard technologique sur l’extension physique externe L’unité de traitement des informations L’informatique pour le traitement des informations en temps réel.

Regard technologique sur l’extension physique externe L’unité de traitement des informations Une commande en temps réel, signifie que le temps de traitement des informations doit être suffisamment rapide, pour que la commande soit adaptée par rapport à la vitesse d’évolution du système commandé. Autrement dit, l’unité de traitement ne doit pas simplement délivrer des résultats exacts, il doit les délivrer dans des délais imposés.