Les exosquelettes sont des dispositifs qui sont portés pour se protéger ou se soutenir, comme une armure ou un casque. Ceux-ci et d'autres dispositifs passifs existent depuis des millénaires, mais les chercheurs d'aujourd'hui développent des systèmes d'exosquelette motorisés qui, à l'avenir, pourrait amener les humains à de nouveaux niveaux de force et d'endurance.

En fournissant une puissance supplémentaire, ils pourraient améliorer l'endurance des soldats sur le champ de bataille ou aider les travailleurs à effectuer des tâches plus facilement et en toute sécurité. Ils pourraient également aider les personnes blessées et handicapées à retrouver leur autonomie.

Mais pour que les exosquelettes de nouvelle génération fonctionnent, nous devrons repenser nos idées sur la façon dont les systèmes portables interagissent avec les humains qui les utilisent. C'est exactement ce que fait la professeure agrégée Leia Stirling au département des opérations industrielles et de l'ingénierie de l'UM. Anciennement au département aéronautique du MIT, Le travail de Stirling sur les facteurs humains à U-M jette un nouvel éclairage sur la façon dont les exosquelettes motorisés changent la façon dont leurs porteurs pensent et bougent. Le dernier article de Stirling s'intitule "Static, Dynamique, et Cognitive Fit of Exosystems for the Human Operator. » Nous nous sommes récemment entretenus avec elle pour en savoir plus sur son travail.

Nous avons tous vu beaucoup d'exosquelettes dans des films comme Iron Man et RoboCop. Est-ce le genre de systèmes sur lesquels vous travaillez ?

Pas exactement – ​​je pense que les exosquelettes complets du corps sont encore loin. En attendant, bien que, il existe des applications d'exosquelette motorisées plus limitées qui peuvent aider les personnes avec des mouvements spécifiques, comme ajouter du soutien et de la puissance à une cheville ou un genou. Ce sont les fruits à portée de main, et nous commençons à voir ces systèmes commercialement. Mais il y a beaucoup de travail à faire avant qu'ils ne deviennent pratiques pour une utilisation généralisée.

Pourquoi même les exosquelettes à articulation unique sont-ils tellement plus complexes que les systèmes passifs ?

Lorsque nous ajoutons de la puissance même à un simple exosquelette, nous devons commencer à y penser moins comme un vêtement et plus comme un très petit véhicule. Quand je mets un exosquelette, Je suis à l'intérieur et ça m'émeut activement. Nous devons donc y penser d'un point de vue humain :comment l'utilisateur peut-il conduire ce véhicule de la manière la plus efficace et la plus sûre ?

C'est un départ du passé, où les chercheurs en exosquelette se sont principalement concentrés sur la mécanique des appareils. Et cela signifie que les chercheurs en facteurs humains comme moi doivent travailler avec des ingénieurs en mécanique pour faire passer ces machines au niveau supérieur.

Comment savez-vous que les systèmes électriques affectent le porteur différemment des appareils orthodontiques et autres appareils que nous avons depuis des années ?

Tous les systèmes peuvent affecter la façon dont nous nous déplaçons et les systèmes alimentés ne font pas exception. Par exemple, il n'y a pas longtemps, nous avons mené une étude dans laquelle les participants portaient un simple exosquelette motorisé, qui fournissait une puissance supplémentaire à la cheville lorsqu'ils poussaient leur pied du sol tout en marchant. Nous l'avons allumé, et nous avons constaté que différents participants utilisaient ce boost de manière très différente au fur et à mesure qu'ils s'adaptaient au système. Certains ont fait des pas plus longs, certains ont fait des pas plus courts, certains sont restés les mêmes. Certains sont revenus à leurs schémas de démarche normaux après avoir coupé l'alimentation, certains ne l'ont pas fait.

L'étude a montré que même un petit changement modifie la boucle de rétroaction qui nous permet de naviguer dans notre environnement. Ces changements peuvent se produire à la fois consciemment et inconsciemment. Nous devons comprendre comment ces systèmes alimentés affectent notre perception, cognition, et le processus moteur et comment nous pouvons concevoir les exosquelettes pour s'adapter de manière appropriée aux utilisateurs individuels.

Comment mesurez-vous si un exosquelette motorisé « convient » à son porteur ?

Nous avons en fait repensé l'idée de « fit » dans un article récent que nous avons publié. Nous l'avons décomposé en trois aspects distincts.

Le premier est "l'ajustement statique" - c'est ce à quoi nous sommes habitués, comme dans la mesure où cet appareil s'adapte à la taille et à la forme de mon corps lorsque je ne bouge pas.

La deuxième dimension est "l'ajustement dynamique, " c'est-à-dire à quel point l'appareil se déplace avec moi. Est-ce qu'il restreint mes mouvements, et s'adapte-t-il correctement pendant toute l'amplitude des mouvements que je devrai effectuer pour un ensemble de tâches ?

La troisième dimension, et celui auquel nous sommes le moins habitués, est « ajustement cognitif ». Cette dimension mesure comment un appareil que je porte change ma façon de penser le mouvement, à la fois consciemment et inconsciemment. Comment est-ce que j'interprète les commentaires que je reçois de l'appareil ? Et comment les fabricants d'un appareil peuvent-ils adapter son retour d'informations aux processus cognitifs des différents utilisateurs ?

Les dispositifs d'exosquelette motorisés fournissent intrinsèquement un retour tactile en raison de la façon dont ils appliquent des forces au corps pendant le mouvement. Mais nous examinons également comment nous pouvons concevoir des commentaires explicites pour aider les utilisateurs à renforcer leur confiance dans les appareils et à les rendre plus faciles à utiliser efficacement.

Si nous devons maintenant considérer ces nouveaux facteurs, cela signifie-t-il que nous perdons du terrain sur la voie de nouveaux types de systèmes d'exosquelette ?

Au contraire, l'identification de ces dimensions supplémentaires fait partie du processus de construction de nouveaux types de machines. Les exosquelettes sont vraiment des systèmes interdisciplinaires, leur conception nécessite donc un ensemble unique de compétences. Cette recherche fournit un cadre pour y parvenir.

En réalité, l'une des raisons pour lesquelles je suis venu au Michigan était qu'il y avait tous ces gens qui pensaient aux exosquelettes sous tous ces angles différents. Je suis vraiment excité d'être dans un endroit où il y a toutes ces personnes qui regardent les choses sous différents angles et qui peuvent travailler ensemble.