À 30 minutes en voiture au sud-ouest de Zurich : à l'orée de la forêt de la petite ville tranquille d'Affoltern se trouve le Réhabilitation des enfants en Suisse. Un bâtiment moderne en béton. Dehors, sur l'aire de jeux, des enfants passent l'après-midi avec leurs parents. À l'intérieur, le professeur Hubertus van Hedel et son équipe travaillent sur un développement technique majeur : un exosquelette de main.

Il s'agit de "systèmes qui suivent la forme du corps humain", explique M. van Hedel, "et qui - comme chez nous - sont reliés à la main de l'extérieur". Ce "squelette externe" permet d'effectuer certains mouvements avec la main humaine.

Tout sauf futuriste

L'équipe de recherche de Van Hedel a mis au point le premier exosquelette manuel entièrement motorisé et portable : Ouvrir des bouteilles, couper du pain, ramasser des boutons sur le sol et tenir des cartes à jouer grâce à la robotique. L'appareil est spécialement conçu pour les enfants et les adolescents souffrant de lésions cérébrales congénitales ou acquises, qui les empêchent de bouger leurs mains.

Pexo - est le nom de l'appareil - n'a rien de futuriste : chaque doigt est constitué de trois fines lames de ressort sur la partie supérieure, qui fonctionnent comme des tendons et sont reliées à un moteur par des câbles. L'appareil est activé par commande vocale ou par un bouton bleu. Les ressorts à lames mobiles exercent alors une légère pression sur les doigts humains et la main biologique du patient se ferme ou s'ouvre. Un module dorsal d'environ deux kilogrammes abrite l'électronique, les moteurs et la batterie.

Pexo, le crocodile

Le module manuel vert vif ressemble à un crocodile. En effet, le design doit répondre aux besoins des enfants, comme l'explique Jan Dittli, ingénieur à l'ETH Zurich : "Nous avons développé différentes tailles afin de proposer une taille adaptée aux enfants de 5 à 18 ans".

Mais l'exosquelette a encore des limites mécaniques : Les doigts ne peuvent pas être activés individuellement. Seuls le pouce et les quatre autres doigts réunis peuvent être activés séparément pour ouvrir ou fermer la main. Jouer du piano n'est pas possible : Pas de réponse. Mais c'est la seule façon, du point de vue de l'ingénierie, d'obtenir la légèreté de l'exosquelette. Le module de la main pèse environ 120 grammes, soit moins qu'un smartphone.

Les débuts de la recherche

L'équipe de M. van Hedel a délibérément renoncé à la technologie des capteurs ou même à la commande par des connexions aux nerfs ou au cerveau. C'est certes passionnant d'un point de vue médical, mais la recherche n'en est qu'à ses débuts. Jusqu'à présent, les appareils robotiques thérapeutiques sont très encombrants, lourds et volumineux. Avec Pexo, les enfants et les adolescents peuvent s'entraîner facilement à faire des mouvements avec des objets du quotidien et à soulever des objets pesant jusqu'à un demi-kilo. La grande tablette de chocolat ne pose pas de problème, la brique de lait pleine est déjà limite.

Les exosquelettes robotisés ont été développés au début du millénaire, d'abord dans le domaine militaire, puis à des fins thérapeutiques. Il existe déjà des robots marcheurs pour les patients victimes d'un accident vasculaire cérébral ou d'une paraplégie, par exemple pour se tenir debout, marcher ou saisir des objets.

Power Suit pour l'industrie

Aujourd'hui, les entreprises artisanales, le secteur automobile, les prestataires de services logistiques et les responsables d'établissements de soins s'intéressent également aux exosquelettes. Il s'agit par exemple de robots portables qui se chargent de soulever des charges tout en ménageant la colonne vertébrale des employés. Les forces qui s'exercent sur la colonne vertébrale, les épaules et le cou sont alors reprises et redirigées par l'exosquelette. Les domaines d'application ? Partout où des tâches exigeantes sur le plan physique sont effectuées. Par exemple, lorsqu'il s'agit d'équilibrer chaque jour plusieurs tonnes de pièces détachées, de carrosseries, de valises, de sacs de ciment ou de soulever des patients alités dans des établissements de soins. Ce potentiel a également été reconnu par le fabricant allemand de prothèses Ottobock. Le président d'Ottobock, Oliver Jakobi, a récemment déclaré à l'AFP que le segment des exosquelettes constituait à long terme un marché plus important que celui des prothèses. Frankfurter Allgemeine Zeitung. Il s'attend à un doublement du chiffre d'affaires dans ce segment dès cette année. 

Les exosquelettes peuvent être divisés en deux types : Les modèles passifs n'ont ni moteur ni batterie. Ils transfèrent les charges vers d'autres parties du corps de l'utilisateur par le biais de ressorts et de câbles.

Contrairement aux exosquelettes actifs, comme ceux de la société d'Augsbourg French Bionic. L'entreprise fabrique différentes combinaisons de force. Celles-ci sont équipées de moteurs qui augmentent la force et assurent le levage. Par exemple, la Cray X: un soi-disant Combinaison de puissance Exosquelette conçu pour améliorer les performances physiques des travailleurs et spécialement développé pour être utilisé dans l'industrie manufacturière pour soulever et abaisser des charges sur des palettes ou des étagères.

L'exosquelette permet de réduire les contraintes sur le haut du corps et ainsi de prévenir la fatigue musculaire et les blessures. Il fonctionne de manière similaire à l'exosquelette de la main de la Kinder-Reha Schweiz, il est attaché par des sangles aux jambes et au torse par un gilet.

Un marché énorme

Cray X est modulaire, ce qui signifie que l'exosquelette peut être configuré individuellement en fonction de l'utilisation et des besoins du porteur. Il peut également être équipé de différents capteurs et systèmes de surveillance afin de surveiller le porteur et son travail et de collecter des données sur ses performances et ses efforts.

German Bionic n'est pas la seule entreprise à expérimenter et à proposer des exosquelettes. De nombreuses start-ups se bousculent sur le terrain. Selon la société d'analyse indienne MarketsandMarkets le marché mondial des exosquelettes devrait connaître une croissance régulière et atteindre 6,8 milliards de dollars d'ici 2025. D'autres instituts d'études de marché estiment que le chiffre d'affaires des exosquelettes industriels atteindra 20 milliards de dollars d'ici 2030, alors qu'il n'était que de 96 millions de dollars en 2016.

Prévention de la santé et évaluation des risques

Une étude de laboratoire menée par l'Institut Fraunhofer pour les flux de matériaux et la logistique a montré que l'utilisation d'exosquelettes dans la production avait un impact positif sur la productivité. L'efficacité du travail a augmenté jusqu'à 25%. L'utilisation d'exosquelettes a permis aux employés de travailler plus rapidement et plus longtemps, sans montrer de signes de fatigue. L'étude a été menée en collaboration avec plusieurs entreprises qui utilisent déjà des exosquelettes dans leur production.

Les chercheurs ont également constaté que les employés avaient moins de troubles musculo-squelettiques et de tensions grâce à l'utilisation d'exosquelettes. L'utilisation d'exosquelettes a contribué à réduire le risque de blessures lors d'un travail physiquement difficile en raison d'efforts répétés.

Cependant, l'utilisation des exosquelettes dans l'industrie a également fait l'objet de critiques. Par exemple, il a été reproché aux exosquelettes d'être encore assez lourds et encombrants, ce qui peut limiter la mobilité des employés. De même, certains exosquelettes sont encore assez chers, ce qui rend leur utilisation difficile dans les petites entreprises. Et il manque des études à long terme pour évaluer les conséquences dans une utilisation industrielle réelle. Il s'agit notamment d'effets secondaires possibles tels que la perte de masse musculaire dans le cas d'exosquelettes actifs ou l'augmentation de la charge de travail du système cardiovasculaire dans le cas d'un système conçu pour travailler au-dessus de la tête.

Retour à la Kinder-Reha Schweiz. Wanda [son vrai nom est connu de la rédaction] entre dans la salle de traitement ; elle fait partie des quelque 240 enfants et adolescents qui, chaque année, passent plusieurs semaines, voire plusieurs mois, en rééducation, comme cette jeune fille de 14 ans. La raison : ils luttent contre les séquelles de lésions de la moelle épinière ou du cerveau après un accident vasculaire cérébral, par exemple.

Une thérapie laborieuse

Wanda a également eu un accident vasculaire cérébral il y a un an, elle ne pouvait plus bouger correctement le bras, la jambe et la main du côté gauche ; à cela s'ajoutaient des troubles récurrents de la parole. Une rééducation intensive a changé la donne. Wanda parle à nouveau couramment, mais sa main ne bouge toujours pas aussi bien qu'avant.

Elle doit maintenant utiliser son exosquelette manuel pour attraper des petites briques dans une boîte en bois et les placer dans une deuxième boîte en passant par-dessus une cloison. Ce que d'autres enfants font facilement, Wanda le fait avec difficulté.

Elle donne l'ordre de fermer la main via la commande vocale, et soudain les moteurs de l'exosquelette se mettent à ronronner doucement. Ses doigts paralysés se recroquevillent, elle saisit le petit bloc de bois et le dépose dans la boîte opposée.

Fantaisie Star Wars

Les exosquelettes de main pourront-ils un jour égaler les fonctions des mains réelles ? Réponse de Van Hedel : non, la main humaine est trop délicate et trop compliquée pour être remplacée artificiellement, comme la main robotisée de Luke Skywalker. Cela reste un fantasme de Star Wars pour l'usine à rêves qu'est Hollywood.

Néanmoins, un exosquelette peut être utile pour certains enfants souffrant de lésions cérébrales, résume le directeur de recherche. "Commercialement, ce n'est pas un groupe cible énorme" et ajoute : "L'humanité d'une société se manifeste précisément dans la manière dont elle traite ses plus faibles. Les enfants sont notre avenir" !

Source : Exosquelettes : comme par magie | Economie | DW | 07.04.2023