Tests de méthode de mesure Ajustement des exosquelettes

Les exosquelettes, dont beaucoup sont alimentés par des ressorts ou des moteurs, peuvent causer des douleurs ou des blessures si leurs articulations ne sont pas alignées avec celles de l'utilisateur. Pour atténuer ces risques, une nouvelle méthode de mesure a été développée pour tester si un exosquelette et la personne qui le porte se déplacent en douceur et en harmonie.

La méthode est un système de suivi optique (OTS) qui n'est pas sans rappeler les techniques de capture de mouvement utilisées par les cinéastes pour donner vie aux personnages générés par ordinateur. L'OTS utilise des caméras spéciales qui émettent de la lumière et capturent ce qui est réfléchi par des marqueurs sphériques disposés sur des objets d'intérêt. Un ordinateur calcule la position des objets étiquetés dans l'espace 3D. L'approche a été utilisée pour suivre le mouvement d'un exosquelette et de pièces d'essai, appelées "artefacts", attachées à son utilisateur.

Le but ultime est de mettre ces artefacts sur une personne, de mettre l'exosquelette, de comparer la différence entre la personne portant les artefacts et l'exosquelette et de voir s'ils bougent de concert les uns avec les autres. S'ils bougent différemment ou s'ils ne s'adaptent pas correctement, des ajustements peuvent être effectués.

Les chercheurs visaient à capturer le mouvement du genou, l'une des articulations relativement simples du corps. Pour évaluer l'incertitude de mesure de la nouvelle approche, ils ont construit deux jambes artificielles comme bancs d'essai. L'un comportait une prothèse de genou prête à l'emploi, tandis que l'autre incorporait un genou imprimé en 3D qui imitait plus fidèlement la réalité. Des plaques de métal ont également été fixées aux jambes avec des cordons élastiques pour représenter des membres exosquelettiques ou des artefacts de test attachés au corps. Après avoir fixé des marqueurs sur les jambes et les plaques, l'équipe a utilisé l'OTS et un rapporteur numérique pour mesurer les angles des genoux sur toute leur amplitude de mouvement. En comparant les deux ensembles de mesures, ils ont pu déterminer que leur système était capable de suivre avec précision la position des jambes. Les tests ont également établi que leur système pouvait calculer les mouvements séparés des jambes et des plaques exosquelettiques, permettant aux chercheurs de montrer à quel point les deux sont alignés lors du déplacement.

Pour adapter la méthode à utiliser sur la jambe d'une personne réelle, l'équipe a conçu et imprimé en 3D des artefacts ajustables qui, comme une genouillère, s'adaptent à la cuisse et au tibia de l'utilisateur. Contrairement à la peau, qui se déplace en raison de sa propre élasticité et des muscles qui se contractent en dessous, ou des vêtements moulants qui peuvent être inconfortables pour certains, ces artefacts offrent une surface rigide pour placer des marqueurs de manière stable et cohérente sur différentes personnes. L'équipe a monté les artefacts du genou et un exosquelette complet du corps garni de marqueurs réfléchissants sur un sujet humain. Avec l'OTS regardant, le sujet a effectué plusieurs séries de squats. Les tests ont montré que la plupart du temps, la jambe du sujet et l'exosquelette se déplaçaient en harmonie. Mais pendant de brefs instants, le corps du sujet a bougé alors que l'exosquelette ne l'a pas fait. Ces pauses pourraient s'expliquer par le fonctionnement de cet exosquelette.

Pour fournir une force supplémentaire, il utilise des ressorts, qui s'engagent et se désengagent lorsque la personne bouge. L'exosquelette s'arrête lorsque les ressorts changent de mode, résistant temporairement au mouvement de l'utilisateur. En détectant les nuances de la fonction de l'exosquelette, la nouvelle méthode de mesure a démontré son souci du détail.

Les données brutes seules ne révèlent pas toujours si un ajustement est adéquat. Pour améliorer la précision de leur méthode, l'équipe utilisera également des algorithmes de calcul pour analyser les données de position. Les prochaines étapes consistent à développer des artefacts pour le bras, la hanche et essentiellement toutes les articulations sur lesquelles l'exosquelette est censé être aligné, puis à effectuer des tests similaires.