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  • Nouveau léger, combinaison robotique portable pour augmenter les performances de course et de marche

    Une nouvelle combinaison de robot composée d'un gilet en tissu et de fils aidera les personnes à mobilité réduite à marcher et à courir plus efficacement. Crédit :Université de Chung-Ang

    Bien que marcher ne semble pas être un fardeau pour la plupart des gens, pour les autres, cette tâche simple peut souvent sembler épuisante. Pour les patients qui se remettent d'une intervention chirurgicale ou d'un AVC, les personnes atteintes de la maladie de Parkinson, personnes à mobilité réduite, et même pour les soldats ou pompiers transportant de lourdes charges sur des terrains difficiles, marcher ou courir peut être un combat.

    De nombreux chercheurs se sont penchés sur ce problème au fil des ans, développer un certain nombre de dispositifs externes qui, une fois porté par les utilisateurs, leur permettre de se déplacer, marche, et courir beaucoup plus facilement qu'ils ne le feraient normalement. Une variété de ces "exosquelettes robotiques" ou combinaisons robotiques ont été développées au fil des ans, dans le but de diminuer la dépense énergétique (ou le taux métabolique) des utilisateurs lors de la marche et de la course. Jusque là, cependant, comme le dit le professeur Giuk Lee de l'Université de Chung-Ang, « Les exosquelettes robotiques ont tendance à être volumineux et lourds ; et bien que les expériences de marche aient montré des résultats prometteurs, l'énergie dépensée pour courir avec le poids supplémentaire de l'appareil l'emporte sur les avantages de l'assistance robotique."

    Le problème, comme le professeur Lee et ses collègues l'expliquent dans leur article publié dans Science , réside dans le fait que « la marche et la course ont des biomécaniques fondamentalement différentes, ce qui rend difficile le développement d'appareils qui assistent les deux démarches. » Pour relever ce défi, les scientifiques présentent leur exosquelette nouvellement développée, principalement constitué d'un gilet en tissu, ceinture, et enveloppements de cuisses, tout comme les vêtements que nous portons dans la vie de tous les jours. Ces composants sont reliés par des fils, et équipé de batteries et d'un dispositif semblable à un moteur (un actionneur). L'appareil ne pèse que 5 kg, commodément ajusté autour de la taille pour aider les muscles d'extension de la hanche et permettre une plus grande amplitude de mouvement. Quoi de plus, cette exosuit peut basculer automatiquement le mode d'assistance entre les allures de marche et de course pour obtenir une efficacité maximale de l'assistance.

    Les scientifiques ont testé leur prototype sur des tapis roulants et sur des parcours extérieurs avec différents terrains pour examiner les économies d'énergie réalisées par les exosuits dans différentes conditions. Ils ont utilisé un algorithme pour classer la marche (marche ou course), qui a fourni un retour à l'appareil et a ajusté le mode d'assistance en conséquence. Cela a permis à l'exosuit de faire correspondre le mouvement initié par l'actionneur à la démarche identifiée par l'algorithme, et donc maximiser les économies d'énergie. Des tests en intérieur et en extérieur ont révélé que l'algorithme était capable d'identifier correctement les allures de marche et de course plus de 99,98 % du temps.

    Une fois qu'ils ont confirmé l'exactitude de l'algorithme, les scientifiques ont examiné les économies métaboliques réalisées grâce aux fonctionnalités d'assistance de l'exosuit. Ils ont découvert que l'assistance d'exosuit réduisait le coût énergétique de la marche à une vitesse de 1,5 mètre par seconde (4,8 km par heure) de 9,3%, équivalent à l'utilisateur perdant 7,4 kg. Ils ont également réussi à obtenir des économies d'énergie lors des tâches de course (vitesse de 2,5 mètres par seconde ou 9 km par heure), où la fonction d'assistance a réduit le taux métabolique de 4%, équivalent à une perte de poids de 5,7 kg. De telles économies d'énergie peuvent sembler insignifiantes, mais selon le professeur Lee et ses collègues, "Bien que les changements du taux métabolique soient relativement modestes, ils sont d'une ampleur similaire à ceux qui se sont avérés suffisants pour améliorer les performances maximales de marche et de course. Par conséquent, nous pensons que ces économies d'énergie pourraient se traduire par des augmentations proportionnelles des performances maximales, par exemple, sur un parcours de cross-country."

    Finalement, contrairement aux exosquelettes précédentes, qui reposait fortement sur la fonction du genou, ce nouvel appareil utilise l'extension de la hanche pour piloter le mouvement des jambes, ce qui rend les exosuits particulièrement pertinents pour les amputés au-dessus du genou et les autres personnes n'ayant pas la fonction complète du genou. En exploitant la puissance de l'extension de la hanche, les utilisateurs de cette combinaison robotique seront en mesure d'atteindre des performances athlétiques plus élevées sur une variété de terrains, basculer en toute transparence entre la course et la marche selon les besoins.

    De conclure, Le professeur Lee dit, "Nous nous attendons à ce que ce 'robot portable' ait de nombreuses utilisations, par exemple en aidant à la formation en réadaptation des patients âgés et en améliorant l'efficacité du travail des soldats ou des pompiers. À long terme, nous envisageons cette exosquelette comme suspendue dans un placard tout le temps, tout comme les vêtements que nous portons tous les jours."


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