Un groupe de scientifiques du Georgia Institute of Technology et de l'Université Emory a découvert que les exosquelettes de cheville traditionnels n'ont parfois aucun effet lorsqu'il s'agit de maintenir l'équilibre en position debout. Selon les chercheurs, les aides robotiques au mouvement réagissent beaucoup trop tard. Ils doivent au contraire intervenir avant que l'homme ne réagisse, afin de pouvoir rétablir l'équilibre après une perturbation.

Dans l'étude "Exoskeletons need to react faster than physiological responses to improve standing balance", publiée dans Science Robotics, l'équipe de recherche a examiné dans quelle mesure les exosquelettes de cheville pouvaient avoir un quelconque effet, par exemple pour aider les personnes âgées et physiquement handicapées à trouver un meilleur équilibre afin d'éviter les chutes.

L'étude d'une paire de bottes exosquelettes à la cheville Dephy disponibles dans le commerce, utilisée pour représenter la technologie actuelle, a provoqué une certaine désillusion. En effet, l'activation physiologiquement retardée de l'assistance de l'exosquelette n'a pas aidé une personne à retrouver l'équilibre en position debout après une défaillance.

L'équipe a testé cela avec différents sujets. Ils devaient se tenir debout, bottes exosquelettes attachées, sur une plateforme mobile qui était déplacée brusquement afin de perturber l'équilibre des participants en position debout. Les chercheurs ont essayé cela dans trois conditions différentes : sans aucun soutien de l'exosquelette, avec un soutien de l'exosquelette retardé par rapport à la réaction naturelle du corps, et un soutien qui intervient plus rapidement que la réaction physique du corps.

La vidéo montre comment les effets des troubles de l'équilibre sont compensés par des bottes exosquelettes.

En général, ces exosquelettes sont contrôlés par des signaux physiologiques du porteur, comme l'activité musculaire ou cérébrale. L'activité musculaire autour de la cheville est ainsi mesurée. L'exosquelette est alors activé lorsque le muscle se contracte. Le contrôle "vole" en quelque sorte la réaction humaine et se contente de la superposer.

Une réponse plus rapide est nécessaire

Comme l'a constaté l'équipe scientifique, cela ne suffit pas en cas de perturbation de l'équilibre en position debout. L'exosquelette est activé trop tard par les réactions du corps. Les approches actuelles de ce type de contrôle des exosquelettes ne sont pas adaptées au maintien de l'équilibre en position debout. Selon les scientifiques, il faut environ 150 millisecondes pour que le corps réagisse à une perte d'équilibre. L'exosquelette doit réagir pendant ce laps de temps afin de pouvoir encore s'y opposer.Affichage

Les scientifiques ont réalisé cela à l'aide d'accéléromètres électroniques, comme ceux utilisés dans les smartphones. Ils les ont utilisés pour déterminer la perturbation et ont ainsi pu déclencher une réaction plus rapide des bottes exosquelettes. Mais là encore, des problèmes sont apparus, car le soutien artificiel rapide se superposait alors au mouvement initial de la cheville et le perturbait également. En cas de contrôle actif supplémentaire par le muscle, la déstabilisation était même plus importante. L'assistance plus rapide seule a toutefois apporté une amélioration : 9% des perturbations majeures ont pu être compensées sans que les sujets n'aient à faire un pas de côté.

Sur la base de ces résultats, l'équipe est certaine qu'une combinaison de capteur global et de capteur de cheville ne fonctionne pas en raison du délai entre les deux. Les chercheurs soutiennent ainsi les thèses des années 70 selon lesquelles les signaux physiologiques globaux sont plus efficaces pour prédire le comportement d'équilibre que les signaux locaux provenant de la cheville ou de la jambe. Néanmoins, comme le montrent les résultats, cela ne suffit pas en soi. L'équipe pense que les approches d'apprentissage automatique pourraient aider à détecter et à réagir aux troubles à un stade précoce.

Source : Maintenir l'équilibre : Les exosquelettes doivent réagir plus vite que les humains | heise online