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15 Oct 2024
Exosquelette: Redéfinir les limites des capacités humaines
Imaginez que vous enfilez le costume high-tech de Tony Stark, alias Iron Man, et acquérez des pouvoirs surhumains : voilà une vision de science-fiction qui nous fascine et nous inspire. Les exosquelettes n’atteignent peut-être pas (encore) le niveau de la technologie de Tony Stark, mais ils ne relèvent plus aujourd’hui de l’imaginaire.
La diversité des exosquelettes se reflète dans leur adaptabilité : ils sont personnalisés pour répondre aux besoins et aux exigences de chaque utilisatrice ou utilisateur. Ces dispositifs soutiennent les personnes pendant l’effort physique, aident à la rééducation et sont de plus en plus intégrés dans des applications industrielles, tout en jouant un rôle important dans les domaines de la défense militaire et civile.
Les exosquelettes sont destinés à redéfinir notre compréhension de la performance humaine. Ils offrent un potentiel énorme, en particulier dans les scénarios de mission critiques, permettant aux utilisatrices et utilisateurs d’améliorer leurs capacités tout en minimisant les contraintes physiques.
Origines de l’exosquelette
Définition de l’exosquelette
Un exosquelette est un «dispositif porté sur le corps (avec entraînement électronique) qui soutient ou remplace les mouvements du corps (p. ex. pour les personnes paralysées) ou permet de soulever de lourdes charges sur le corps»1. Parfois appelés «robots portables», les exosquelettes comprennent à la fois des modèles actifs, fonctionnant grâce à des batteries, des moteurs ou des systèmes hydrauliques, et des variantes passives fonctionnant grâce à des ressorts et des amortisseurs.
Origine de l’exosquelette
En 1889, bien avant que le terme d’exosquelette ne soit inventé, le scientifique Nicholas Yagn a mis au point deux dispositifs brevetés visant à soutenir la réadaptation médicale de la personne qui les porte. Ces dispositifs facilitaient la marche, la course et, après des perfectionnements ultérieurs, même le saut2. Ces systèmes purement mécaniques comptent parmi les premiers dispositifs conçus pour améliorer les performances humaines lorsqu’ils sont portés et ainsi ralentir la fatigue. Ils s’appuyaient sur des ressorts pour faciliter la redistribution de l’énergie de l’utilisatrice ou utilisateur en faveur du mouvement. Les expériences de Nicholas Yagn ont jeté les bases du développement des exosquelettes d’aujourd’hui.
Développement des exosquelettes
Les années 1960 ont marqué un tournant important dans le développement des exosquelettes. Un exemple notable de cette époque est le «Hardiman I», développé en 1965 par Neil J. Mizen de General Electric en collaboration avec l’armée de terre et la marine américaines. Cet exosquelette intégral a été conçu pour augmenter de manière significative la résistance et l’endurance de la personne qui le porte grâce à l’utilisation de systèmes hydrauliques et électriques, ce qui en fait le premier du genre à s’éloigner d’une fonction purement mécanique3. L’objectif principal de ce modèle était d’offrir une assistance pour le chargement et le déchargement de cargaisons.
Outre le «Hardiman I», un autre exosquelette intégral utilisant des servomoteurs pour aider dans ses mouvements la personne qui le porte a été breveté en 19694. Connu sous le nom de «Man Amplifier», ou amplificateur d’homme, ce dispositif illustre l’évolution de la définition du terme «exosquelette »et des technologies associées.
Ces premiers modèles ont mis en évidence le changement de conception et de fonctionnalité qui allait suivre au cours des décennies suivantes, entraînés par les progrès scientifiques et technologiques. Les principaux développements ayant établi les bases des exosquelettes modernes utilisés dans divers contextes sont survenus principalement entre le début des années 1970 et les années 1990.
Le début des années 1990 a été marqué par le développement du Human Bipedal Locomotion Device, ou dispositif de locomotion bipède humain, spécialement conçu pour soutenir les membres inférieurs et alimenté par des systèmes mécaniques5. Cet exosquelette permettait aux utilisatrices et utilisateurs de faire de grands pas et d’effectuer des sauts comme s’ils étaient sur un trampoline. Un autre modèle important de cette période est l’exosquelette hydraulique actif Boldt, breveté en 1994 et caractérisé par des technologies modernes comme le contrôle par microprocesseur.
Le XXIe siècle a été le théâtre d’avancées remarquables, notamment le Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX, figure de gauche) et l’«exosquelette quasi-passif» de Conor Walsh (figure de droite)6. Le BLEEX aide au transport de charges grâce à des actionneurs hydrauliques, tandis que l’exosquelette de Walsh utilise des systèmes mécaniques. Les techniques de rééducation ont également progressé. Citons, par exemple, l’«ARMin III» mis au point en 2008 pour la thérapie du bras7 et l’exosquelette du poignet commandé par des signaux EMG sorti en 20108.
Ces développements illustrent le passage d’appareils mécaniques simples à des exosquelettes plus sophistiqués et technologiquement avancés utilisés pour diverses applications, y compris la rééducation.
Utilisation d’exosquelettes par les forces armées et les forces de l’ordre
Les exosquelettes ont d’abord été développés pour le secteur médical afin d’aider les personnes souffrant d’un handicap moteur. Dans le cadre de la rééducation, ils jouent un rôle essentiel pour aider les patientes et patients à retrouver force et mobilité après un accident ou une maladie. Cependant, les progrès technologiques ont élargi les applications des exosquelettes au-delà de leurs origines médicales. Ils sont de plus en plus utilisés dans les secteurs de la défense et de la sécurité, où ils peuvent améliorer sensiblement les performances physiques et l’endurance des utilisatrices et utilisateurs.
Le personnel opérationnel est souvent exposé à des contraintes extrêmes au cours des missions, notamment en raison du port de sacs à dos et de matériel lourds, de longues marches sur des terrains difficiles et de tâches physiques exigeantes, le tout dans les situations de conflit. Dans ce contexte, les exosquelettes offrent des avantages cruciaux en aidant les personnes qui les portent à gérer ces contraintes et en réduisant de manière significative le risque de blessures, particulièrement au dos.
Amélioration des performances et de l’endurance sur le terrain
Les exosquelettes avancés améliorent la performance physique, l’endurance et la protection. Comme ils réduisent le fardeau que représente le port de matériel lourd, le personnel d’urgence travaille efficacement pendant de plus longues périodes tout en ressentant moins de fatigue. Il s’agit d’un avantage particulièrement important pendant les opérations de longue durée, où le personnel est parfois actif sans repos pendant des heures, voire des jours.
L’assistance de mécanique réduit l’effort physique, en plus d’optimiser la mobilité, ce qui accroît l’efficacité et réduit les temps de réaction pendant les opérations. L’exosquelette agit comme un prolongement du corps, permettant aux utilisatrices et utilisateurs de fournir des performances élevées dans des situations extrêmes sans dépasser leurs limites physiques.
Protection et sécurité dans les situations critiques
Les exosquelettes militaires se différencient de leurs homologues civils par l’intégration de protections balistiques. Alors que les exosquelettes industriels et logistiques assistent principalement dans les tâches exigeant de la puissance, ceux conçus pour les missions critiques offrent une protection supplémentaire. Les éléments balistiques durs et souples intégrés à l’exosquelette renforcent la protection des zones vitales contre diverses menaces, y compris les armes à feu et les éclats d’obus, sans imposer de contraintes excessives à la personne qui le porte.
Ainsi, l’exosquelette sert d’outil multifonctionnel qui améliore la performance physique tout en assurant la sécurité du personnel d’urgence dans des situations mettant la vie en danger. Des composants de protection supplémentaires peuvent être adaptés pour répondre à des normes de protection plus élevées.
Perspectives d’avenir : améliorer la protection et les performances du personnel opérationnel
À mesure que la technologie progresse et que la demande de solutions novatrices pour appuyer les forces armées et les forces de l’ordre augmente, l’utilisation d’exosquelettes dans les scénarios opérationnels est destinée à augmenter. Ces dispositifs amélioreront non seulement les performances physiques du personnel, mais aussi sa sécurité et sa capacité de survie dans les situations dangereuses.
À l’avenir, les exosquelettes pourraient devenir un élément standard de l’équipement opérationnel, car ils contribuent à accroître l’efficacité et à réduire les coûts des traitements médicaux associés aux blessures. Ils ouvrent également de nouvelles perspectives stratégiques, puisque les services d’urgence seraient déployés plus longtemps et plus efficacement.
Exosquelettes intégraux
Avec les exosquelettes intégraux, le personnel des forces armées et des forces de l’ordre est capable de transporter du matériel lourd pendant de longues périodes sans se fatiguer. Ces systèmes répartissent la charge uniformément sur le corps, réduisant ainsi les contraintes physiques. Certains modèles sont spécifiquement conçus pour faciliter le transport ou l’évacuation des approvisionnements, ce qui permet aux intervenantes et intervenants de soulever de lourdes charges sans compromettre leur mobilité.
Exosquelettes pour des parties spécifiques du corps
Des exosquelettes spécialisés conçus pour assister des parties spécifiques du corps peuvent être utilisés pour traiter certaines blessures ou aider à la rééducation. Par exemple, les dispositifs qui soulagent la pression sur l’articulation du genou aident à rétablir la mobilité après une blessure, ce qui accélère le retour au travail. De tels exosquelettes seraient également bénéfiques pendant la formation, en protégeant les utilisatrices et utilisateurs contre le surmenage ou les blessures.
La mise en place d’exosquelettes démontre clairement leur potentiel d’amélioration des performances physiques, de réduction de la fatigue et de réduction de la charge représentée par les équipements lourds. Ces développements pourraient conduire à des forces plus efficaces, plus résilientes et mieux protégées sur le terrain.
Résumé
Depuis les premiers concepts mécaniques jusqu’aux solutions de pointe d’aujourd’hui, le développement des exosquelettes représente une avancée remarquable. Leur application dans des situations critiques offre des perspectives prometteuses pour l’avenir. Les exosquelettes permettent au personnel opérationnel de surmonter les limites physiques tout en offrant une protection essentielle. Par conséquent, ils pourraient devenir un élément clé des stratégies de sécurité modernes dans les années à venir.
L’exosquelette blindé ExoM Up-Armoured révolutionnaire a été développé en collaboration avec Mawashi Science & Technology, un institut leader dans le développement d’exosquelettes, et avec le GIGN, une unité tactique d’élite de la Gendarmerie française, et Mehler Protection.
Pour en savoir plus: Exosquelette ExoM Up-Armoured
Sources
- 1Digitales Wörterbuch der deutschen Sprache (URL: https://www.dwds.de/wb/Exoskelett, consulté le 06.09.2024.)
- 2Yagn, 1889 (Nicholas Yagn. Apparatus to facilitate walking and running, 1889.)
- 3Makinson, 1971 (B. J. Makinson. Research and Development Prototype for Machine Augmentation of Human Strength and Endurance. Hardiman I Project. Technical Report 196, General Electric, 1971.)
- 4Mizen, 1969 (Neil J. Mizen. POWERED EXOSKELETON APPARATUS FOR AMPLIFYING HUMAN STRENGTH IN RESPONSE TO NORMAL BODY MOVEMENTS, 1969.)
- 5Dick and Edwards, 1991 (G. John Dick and Eric A. Edwards. HUMAN BIPEDAL LOCOMOTION DEVICE, 1991.)
- 6Zoss et al., 2005 (Adam Zoss, H. Kazerooni, and Andrew Chu. On the mechanical design of the Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX). 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS, pages 3132–3139, 2005.)
- 7Nef et al., 2009 (Tobias Nef, Marco Guidali, and Robert Riener. ARMin III – arm therapy exoskeleton with an ergonomic shoulder actuation. Applied Bionics and Biomechanics, 6(2):127–142, jul 2009.)
- 8Khokhar et al., 2010 (Zeeshan O. Khokhar, Zhen G. Xiao, and Carlo Menon. Surface EMG pattern recognition for real-time control of a wrist exoskeleton. BioMedical Engineering OnLine, 9(1):41, 2010.)
Images et graphiques
- Mehler Protection, Mehler Vario System GmbH (Tous droits réservés, 2024)
- Mizen, 1969 (Neil J. Mizen. POWERED EXOSKELETON APPARATUS FOR AMPLIFYING HUMAN STRENGTH IN RESPONSE TO NORMAL BODY MOVEMENTS, 1969.)
- Yagn, 1889 (Nicholas Yagn. Apparatus to facilitate walking and running, 1889.)
