Méthode de suivi optique révolutionnaire assure un ajustement parfait de l'exosquelette et la sécurité de l'utilisateur

Les exosquelettes, dont beaucoup sont alimentés par des ressorts ou des moteurs, peuvent causer de la douleur 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 bougent de manière fluide et en harmonie.

La méthode est un système de suivi optique (OTS) pas si différent des techniques de capture de mouvement utilisées par les cinéastes pour donner vie à des 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 de test, appelées « artefacts », attachées à son utilisateur.

L'objectif ultime est de placer 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 l'un avec l'autre. S'ils bougent différemment ou si l'ajustement n'est pas correct, des ajustements pourraient être faits.

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'une comportait un genou prosthétique du commerce, tandis que l'autre incorporait un genou imprimé en 3D qui imitait de plus près la réalité. Des plaques métalliques étaient également attachées 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 du genou tout au long de leur amplitude de mouvement complète. En comparant les deux ensembles de mesures, ils ont pu déterminer que leur système était capable de suivre avec précision la position de la jambe. 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 pendant le mouvement.

Pour adapter la méthode à une jambe de 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 contractants en dessous, ou aux vêtements moulants qui peuvent être inconfortables pour certains, ces artefacts offrent une surface rigide pour placer de manière stable et cohérente des marqueurs sur différentes personnes. L'équipe a monté les artefacts de genou et un exosquelette complet garni de marqueurs réfléchissants sur un sujet humain. Avec l'OTS qui observe, le sujet a effectué plusieurs séries de squats. Les tests ont montré que la plupart du temps, la jambe du sujet et l'exosquelette bougeaient en harmonie. Mais pendant de brefs moments, le corps du sujet bougeait tandis que l'exosquelette ne bougeait pas. Ces pauses pourraient être expliquées par la façon dont cet exosquelette fonctionne.

Pour fournir une force supplémentaire, il utilise des ressorts, qui s'engagent et se désengagent au fur et à mesure que la personne bouge. L'exosquelette fait une pause 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 attention aux détails.

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 computationnels pour analyser les données de position. Les prochaines étapes consistent à développer des artefacts pour le bras, la hanche, et essentiellement toutes les articulations que l'exosquelette est censé aligner, puis à effectuer des tests similaires.