Les chercheurs développent une nouvelle approche pour l’assistance des exosquelettes robotiques

Les chercheurs de l’École d’ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson de Harvard ont développé une nouvelle approche pour l’assistance des exosquelettes robotiques. Elle aide à surmonter un défi majeur dans la conception de la robotique portable qui peut être utilisée pour aider à la marche dans des conditions réelles.

Les plateformes d’assistance robotique portable personnalisables d’aujourd’hui nécessitent beaucoup de réglages manuels ou automatiques pour aider les individus, ce qui peut être difficile pour les patients.

La nouvelle approche repose sur l’assistance des exosquelettes robotiques calibrée pour un individu, et elle s’adapte à diverses tâches de marche réelles en quelques secondes. Le système bio-inspiré utilise des mesures ultrasonores de la dynamique musculaire, ce qui lui permet d’être personnalisé et spécifique à l’activité pour les utilisateurs.

Robert D. Howe est professeur d’ingénierie Abbott et James Lawrence et co-auteur de l’article, qui a été publié dans Science Robotics.

“Notre approche basée sur les muscles permet une génération relativement rapide de profils d’assistance individualisés qui apportent un véritable bénéfice à la personne qui marche”, a déclaré Howe.

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Systèmes bio-inspirés précédents vs. nouvelle approche

Les systèmes bio-inspirés précédents se sont concentrés sur les mouvements dynamiques des membres et des porteurs, mais les chercheurs ont regardé au-delà.

Richard Nuckols est associé de recherche postdoctoral à SEAS et co-premier auteur de l’article.

“Nous avons utilisé l’échographie pour regarder sous la peau et mesurer directement ce que les muscles de l’utilisateur faisaient pendant plusieurs tâches de marche”, a déclaré Nuckols. “Nos muscles et tendons ont une compliance, ce qui signifie qu’il n’y a pas nécessairement une correspondance directe entre le mouvement des membres et celui des muscles sous-jacents qui les font bouger.”

L’équipe de recherche a attaché un système d’échographie portable aux mollets des participants avant d’imager leurs muscles pendant qu’ils effectuaient différentes tâches de marche.

Krithika Swaminathan est une étudiante diplômée à SEAS et à l’École des arts et des sciences (GSAS) et co-première auteure de l’étude.

“À partir de ces images enregistrées, nous avons estimé la force d’assistance à appliquer en parallèle avec les muscles du mollet pour compenser le travail supplémentaire qu’ils doivent effectuer pendant la phase de poussée de la marche”, a déclaré Swaminathan.

Capturer le profil du muscle

Le système nécessite seulement quelques secondes de marche pour capturer le profil du muscle, et pour chacun de ces profils, les chercheurs ont mesuré la quantité d’énergie métabolique que la personne utilisait pendant la marche avec et sans l’exosquelette.

L’équipe a constaté que l’énergie métabolique de la marche sur une gamme de vitesses et de pentes était réduite de manière significative avec l’assistance basée sur les muscles. Ils ont également constaté que une force d’assistance inférieure était requise pour obtenir le même ou un bénéfice d’énergie métabolique amélioré par rapport aux études précédentes.

Sangjun Lee est une étudiante diplômée à SEAS et à GSAS et co-première auteure de l’étude.

“En mesurant directement le muscle, nous pouvons travailler de manière plus intuitive avec la personne qui utilise l’exosquelette”, a déclaré Lee. “Avec cette approche, l’exosquelette ne surpasse pas le porteur, il travaille de manière coopérative avec lui.”

Dans des situations réelles, l’exosquelette a démontré une capacité à s’adapter rapidement aux changements de vitesse et de pente de marche. L’équipe va maintenant tester le système avec des ajustements en temps réel.

“Cette approche peut aider à soutenir l’adoption de la robotique portable dans des situations réelles et dynamiques en permettant une assistance confortable, personnalisée et adaptative”, a déclaré Walsh.