À l'avenir, des exo-combinaisons robotiques souples à base de textile intelligent pourraient être portées par des soldats, les pompiers et les secouristes pour les aider à traverser des terrains difficiles et arriver frais à destination afin qu'ils puissent accomplir leurs tâches respectives plus efficacement. Ils pourraient également devenir un puissant moyen d'améliorer la mobilité et la qualité de vie des personnes souffrant de troubles neurodégénératifs et des personnes âgées.

L'équipe de Conor Walsh du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l'Université Harvard et de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) a été à l'avant-garde du développement de différents dispositifs robotiques portables qui soutiennent la mobilité en appliquant des forces mécaniques à articulations critiques du corps, y compris au niveau des articulations de la cheville ou de la hanche, ou dans le cas d'une combinaison souple multi-articulaire les deux. En raison de son potentiel pour soulager les soudures surchargées sur le terrain, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a financé les efforts de l'équipe dans le cadre de son ancien programme Warrior Web.

Alors que les chercheurs ont démontré que les versions en laboratoire des combinaisons souples peuvent offrir des avantages évidents aux porteurs, leur permettant de dépenser moins d'énergie en marchant et en courant, il reste un besoin d'exosuits entièrement portables et adaptés à une utilisation dans le monde réel.

Maintenant, dans une étude rapportée dans les actes de la Conférence internationale IEEE 2018 sur la robotique et l'automatisation (ICRA), l'équipe a présenté sa dernière génération d'exosquelette mobile multi-articulations, qui a été amélioré sur tous les fronts et testé sur le terrain à travers de longues marches sur un terrain accidenté. En utilisant la même exosquelette dans une deuxième étude publiée dans le Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation ( JNER ), les chercheurs ont développé une méthode de réglage automatique pour personnaliser son assistance en fonction de la façon dont le corps d'un individu y réagit, et démontré d'importantes économies d'énergie.

L'exosuit souple multi-articulations se compose de composants de vêtements textiles portés à la taille, cuisses, et veaux. Grâce à un système d'actionnement mobile optimisé porté près de la taille et intégré dans un sac à dos militaire, les forces mécaniques sont transmises via des câbles qui sont guidés à travers les composants souples de l'exosuit jusqu'aux articulations de la cheville et de la hanche. Par ici, l'exosuit ajoute de la puissance aux chevilles et aux hanches pour faciliter les mouvements des jambes pendant le cycle de marche.

"Nous avons mis à jour tous les composants de cette nouvelle version de l'exosquelette souple multi-articulations :le vêtement est plus convivial, facile à enfiler et s'adaptant à différentes morphologies; l'actionnement est plus robuste, briquet, plus silencieux et plus petit; et le système de contrôle nous permet d'appliquer des forces sur les hanches et les chevilles de manière plus robuste et cohérente, " a déclaré David Perry, un co-auteur de l'étude ICRA et un ingénieur du personnel de l'équipe de Walsh. Dans le cadre du programme DARPA, l'exosquelette a été testée sur le terrain à Aberdeen, MARYLAND, en collaboration avec les Army Research Labs, où les soldats ont parcouru un parcours de cross-country de 12 milles.

"Nous avons précédemment démontré qu'il est possible d'utiliser des méthodes d'optimisation en ligne qui, en quantifiant les économies d'énergie en laboratoire, individualisent automatiquement les paramètres de contrôle sur différents porteurs. Cependant, nous avions besoin d'un moyen d'ajuster rapidement et efficacement les paramètres de contrôle aux différentes allures des soldats de l'armée à l'extérieur d'un laboratoire, " dit Walsh, Doctorat., Membre principal du corps professoral du Wyss Institute, le professeur agrégé John L. Loeb d'ingénierie et de sciences appliquées à SEAS et fondateur, du Harvard Biodesign Lab.

Dans l'étude JNER, l'équipe a présenté une nouvelle méthode de réglage appropriée qui utilise des capteurs exosuit pour optimiser la puissance positive délivrée au niveau des articulations de la cheville. Lorsqu'un porteur commence à marcher, le système mesure la puissance et ajuste progressivement les paramètres du contrôleur jusqu'à ce qu'il trouve ceux qui maximisent les effets de l'exosuit en fonction de la mécanique de marche individuelle du porteur. La méthode peut être utilisée comme mesure indirecte pour des mesures d'énergie élaborées.

« Nous avons évalué les paramètres métaboliques chez les sept participants à l'étude portant des exossuits qui ont subi le processus de réglage et avons constaté que la méthode réduisait le coût métabolique de la marche d'environ 14,8 % par rapport à la marche sans l'appareil et d'environ 22 % par rapport à la marche avec l'appareil. non alimenté, " a déclaré Sangjun Lee, le premier auteur des deux études et un étudiant diplômé avec Walsh à SEAS.

"Ces études représentent le point culminant passionnant de nos efforts financés par la DARPA. Nous continuons maintenant à optimiser la technologie pour des utilisations spécifiques dans l'armée où les mouvements dynamiques sont importants ; et nous l'explorons pour aider les travailleurs dans les usines à effectuer des tâches physiques ardues, " dit Walsh. " De plus, le domaine a reconnu qu'il restait encore beaucoup à comprendre sur la science fondamentale de la co-adaptation des humains et des robots portables. De futures stratégies de co-optimisation et de nouvelles approches d'entraînement pourraient contribuer à renforcer davantage les effets d'individualisation et permettre aux porteurs qui réagissent mal au départ aux exosuits de s'y adapter également et de bénéficier de leur aide".

"Cette recherche marque un point important dans l'initiative Bioinspired Soft Robotics du Wyss Institute et son développement d'exosuits souples en ce qu'elle ouvre une voie sur laquelle les dispositifs robotiques pourraient être adoptés et personnalisés dans des scénarios du monde réel par des porteurs sains et handicapés, " a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Donald Ingber, MARYLAND., Doctorat., qui est également le professeur Judah Folkman de biologie vasculaire au HMS et le programme de biologie vasculaire du Boston Children's Hospital, et professeur de bio-ingénierie à SEAS.