Une exosuit souple de 4,2 livres utilisant des muscles artificiels au lieu de moteurs a réduit la consommation d'énergie de la marche de près de 14 % lors de tests sur tapis roulant menés auprès de six adultes.
Se promener dans un aéroport ou autour d’un grand magasin peut demander plus d’énergie à mesure que nous vieillissons. Des chercheurs chinois testent actuellement une combinaison robotique souple qui pourrait un jour aider vos jambes à effectuer une partie de ce travail.
L’exosuit souple expérimental assiste les hanches en utilisant de fins muscles artificiels au lieu de moteurs et de boîtes de vitesses conventionnels. La recherche, publiée dans la revue à comité de lecture Science Advances, décrit un prototype de 4,2 livres qui s’ajuste autour de la taille et des cuisses comme un harnais léger.
Lors d’un petit test sur tapis roulant, six adultes en bonne santé ont utilisé en moyenne 13,9 % d’énergie en moins lorsque l’assistance électrique était active. Les capteurs ont également montré que les muscles de leurs jambes travaillaient moins.
Alors, comment fonctionne réellement l’exosuit souple et que doit-on encore améliorer avant de pouvoir en porter une ?
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De nombreux exosquelettes robotiques s’appuient sur des moteurs rigides pour déplacer les articulations d’une personne. D’autres utilisent de l’air comprimé, ce qui nécessite des pompes, des vannes et un réservoir d’air. Ces composants peuvent rendre un exosquelette lourd ou bruyant. Ils peuvent également restreindre la façon dont votre corps bouge naturellement.
La nouvelle exosuit souple adopte une approche différente. Il utilise des fibres flexibles ressemblant à des muscles positionnées près de chaque hanche. Lorsque vous marchez, les fibres tirent au bon moment de votre foulée pour vous aider à faire avancer votre jambe. Les sangles transfèrent cette force de traction des muscles artificiels vers les hanches et les cuisses du porteur. La conception flexible permet à la combinaison de bouger avec le corps plutôt que d’enfermer les jambes dans un cadre rigide. « Sans moteur » fait référence à l’absence de moteurs et de boîtes de vitesses traditionnels. La combinaison utilise toujours une batterie compacte et un système d’alimentation électrique pour activer ses muscles artificiels.
Les muscles artificiels utilisent un matériau semblable au caoutchouc appelé élastomère diélectrique. Le matériau change de forme lorsqu’il est exposé à un champ électrique. Les chercheurs étudient les élastomères diélectriques depuis des années. Cependant, les conceptions antérieures ne disposaient pas de la force nécessaire pour aider à déplacer une jambe humaine. Beaucoup étaient également trop encombrants pour un appareil portable confortable.
Wei Yu et ses collègues de l’Université de technologie du Hebei ont modifié la structure moléculaire du matériau pour améliorer ses performances. Ils ont ensuite enroulé de fines couches pour obtenir de longues fibres. Ensuite, l’équipe a regroupé plusieurs fibres en faisceaux. Cet arrangement fonctionne un peu comme le muscle humain, où de nombreuses fibres plus petites se rassemblent pour créer une plus grande force.
Les chercheurs ont également créé des connecteurs modulaires qui leur permettent d’ajouter davantage de fibres lorsqu’une application nécessite une puissance de traction supplémentaire. Selon l’Université de technologie du Hebei, les actionneurs ont effectué plus de 100 000 cycles lors des tests en laboratoire. Des études plus longues devront montrer dans quelle mesure les matériaux résistent au port quotidien.
Un essai d’exocombinaison souple a réduit la consommation d’énergie de la marche de 13,9 %
Les chercheurs ont testé l’exosuit souple sur six volontaires en bonne santé. Chaque participant a marché sur un tapis roulant sous plusieurs conditions. Ils marchaient sans costume. Ils le portaient également avec les muscles artificiels désactivés. Lors d’un autre tour, l’assistance électrique soutenait activement leurs hanches.
Un système de tests métaboliques mesurait la quantité d’oxygène utilisée par chaque personne. Des capteurs attachés à leurs jambes suivaient également l’activité musculaire. Lorsque l’assistance était active, les volontaires utilisaient en moyenne 13,9 % d’énergie en moins qu’en marchant sans combinaison. Une activité musculaire plus faible suggérait également que leurs jambes nécessitaient moins d’efforts pour terminer chaque étape.
Cette réduction pourrait sembler significative lors d’une longue marche. Cependant, cette étude impliquait un tapis roulant contrôlé et un très petit groupe. Les volontaires étaient également des adultes en bonne santé. Les chercheurs ont encore besoin d’études dédiées impliquant les personnes âgées et celles à mobilité réduite.
Un appareil portable qui réduit l’effort de marche pourrait aider les gens à rester actifs plus longtemps à mesure que la force de leurs jambes change. Pensez à vous promener dans une grande épicerie ou à passer la journée en famille. Une combinaison légère qui soulage vos hanches pourrait rendre ces sorties plus faciles à gérer.
La conception peut également sembler moins intimidante qu’un cadre robotique rigide. Ses muscles artificiels ressemblent à des cordes intégrées aux vêtements, tandis que les sangles de maintien s’ajustent près du corps. Les personnes en convalescence après une opération chirurgicale pourraient également bénéficier un jour de ce type d’assistance. Cependant, les futurs essais cliniques devront déterminer qui peut utiliser la combinaison en toute sécurité et quel soutien chaque personne a besoin. L’équilibre présente une autre considération importante. L’étude actuelle s’est concentrée sur l’énergie requise pour marcher plutôt que sur la prévention des chutes ou la stabilité.
Ce dont l’exosuit souple a encore besoin avant une utilisation quotidienne
Le prototype actuel reste un des premiers systèmes de recherche. La durée de vie de la batterie limite la durée pendant laquelle la combinaison peut fournir une assistance. Les chercheurs souhaitent que les futures versions fonctionnent plus longtemps sans ajouter beaucoup de poids.
Le système de contrôle doit également réagir automatiquement lorsqu’une personne accélère ou ralentit. Marcher sur l’herbe ou gravir une pente créerait des défis supplémentaires. La tension présente un autre obstacle. Les actionneurs en élastomère diélectrique nécessitent souvent plus de 1 000 volts. Le courant reste très faible, mais tout produit de consommation portable nécessiterait une forte isolation et des tests de sécurité approfondis.
Les chercheurs devront également étudier la façon dont les fibres réagissent à la transpiration et aux changements de température. Des flexions répétées au cours des activités quotidiennes pourraient également affecter les performances à long terme. Aucun prix grand public ni date de sortie n’ont été annoncés.
Vous n’achèterez pas cette exosuit souple de sitôt, mais la recherche montre où pourrait aller le soutien à la mobilité. Un système plus léger qui bouge avec votre corps pourrait sembler beaucoup plus naturel que les exosquelettes motorisés encombrants d’aujourd’hui.
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Traduit automatiquement de l’anglais. Le texte original fait foi.
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