ARC ANGEL : le système innovant de la NASA réduit la fatigue des bras en entraînement sub-1G

Centre spatial Johnson, Houston, Texas

Le système de contrôle actif ARC ANGEL peut décharger automatiquement le poids de divers outils tenus en main, prévenant la fatigue des bras pendant l'entraînement sub-1G. (Image : NASA)

Simuler l'apesanteur sur Terre

Des innovateurs du Centre spatial Johnson (JSC) de la NASA ont développé un système d'entraînement robotique terrestre appelé « ARGOS » pour faire court. Il peut simuler activement l'apesanteur d'un astronaute dans l'espace en utilisant une piste aérienne et un système d'entraînement de pont pour décharger partiellement ou totalement son poids via des câbles attachés, le suspendant efficacement au-dessus du sol. Bien que le torse et les jambes du sujet d'essai soient déchargés, ses bras et les outils lourds qu'il tient ne le sont pas.

La technologie ARC ANGEL

La technologie Actuated Realtime Control for ARGOS Negation of Gravitational Effects on the Limbs (ARC ANGEL) a été développée pour décharger les bras d'un sujet d'essai en combinaison spatiale et contrer la fatigue ressentie lors d'activités d'entraînement avec ARGOS. Comme ARGOS, ARC ANGEL fournit le déchargement via une tension de câble active contrôlée par ordinateur. Des câbles sont tendus entre des manchons de bras situés juste au-dessus de chaque coude, et un ou plusieurs tambours motorisés montés sur le Primary Life Support System (PLSS), le système de support vital principal ressemblant à un sac à dos de la combinaison spatiale.

Applications terrestres multiples

Cette technologie de déchargement actif pourrait être utilisée pour de nombreuses applications en plus de la simulation d'environnements de zéro à un G. Par exemple, un patient en rééducation de l'épaule pourrait bénéficier d'une assistance au mouvement qui décharge le poids du bras ou la charge de préhension, un ouvrier du bâtiment portant un outil lourd pourrait le manipuler plus facilement, ou elle pourrait compenser le poids de l'équipement pour le personnel militaire, prévenant ainsi la fatigue des membres qui surviendrait autrement.

Architecture embarquée

ARC ANGEL est un système robotique actif comme ARGOS ; cependant, son moteur électrique n'est pas monté en hauteur sur une piste et un système de pont, mais est 대신 monté sur le PLSS de type sac à dos du sujet d'essai, où le(s) moteur(s) fournit un couple d'actionnement en temps réel pour le déchargement des bras supérieurs via le câblage. Si un sujet d'essai saisit un marteau, le système réagit immédiatement pour décharger le poids du marteau par rapport à l'environnement programmé.

Le système comprend un ou plusieurs moteurs électriques, des équipements souples, du matériel électronique, du firmware et du logiciel. Pour fournir un analogique de déchargement de bras fonctionnant en douceur et optimiser les performances du système, les ingénieurs du JSC ont codé un logiciel qui exploite des algorithmes cinématiques et une architecture en boucle fermée pour le contrôle du moteur, ainsi que des scripts en langage informatique personnalisé pour ingérer les données des capteurs. Cela permet aux sous-systèmes d'ARC ANGEL d'être intégrés de manière transparente et de simuler avec précision des environnements de un à zéro G.

Contrôle en boucle fermée et interface utilisateur

Pendant le fonctionnement, des capteurs de tension compacts et des unités de mesure inertielle détectent le poids et le mouvement des bras et fournissent un système de contrôle en boucle fermée qui alimente un ordinateur monocarte et le firmware requis pour le traitement. Une interface utilisateur graphique personnalisée a également été développée en interne pour fournir des contrôles permettant de saisir les valeurs de déchargement de bras souhaitées.

Autonomie énergétique et applications futures

De plus, ARC ANGEL dispose de sa propre alimentation qui fournit de l'énergie à ses sous-composants sans câbles externes. Cela permet de fonctionner indépendamment d'ARGOS et se prête davantage à des applications terrestres potentielles. Ce travail est directement corrélé au développement d'exosquelettes actifs mis en œuvre pour des dispositifs médicaux de rééducation et/ou d'assistance. ARC ANGEL fournit essentiellement une assistance souhaitée (déchargement) tout en maintenant une amplitude de mouvement complète du sujet. Le matériel et le logiciel du système peuvent être modifiés pour s'adapter à un individu sans combinaison spatiale et pour le mouvement assisté des membres — pas seulement le déchargement des bras.

La NASA recherche activement des licenciés pour commercialiser cette technologie. Veuillez contacter le service des licences de la NASA à cette adresse e-mail protégée ou appeler au 202-358-7432 pour entamer des discussions de licence. Pour plus d'informations, visitez ce lien.