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Regard technologique sur Regard technologique sur l’extension physique externel’extension physique externe

Exosquelette ! De quoi s’agit-il?

Pourquoi ?

Des réalisations actuelles

Les technologies utilisées

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! De quoi s’agit-il?

Exo est un mot grec qui signifie « à l’extérieur ». Exo est un mot grec qui signifie « à l’extérieur ».

Contrairement au squelette humain qui soutient le corps de Contrairement au squelette humain qui soutient le corps de

l’intérieur, un exosquelette soutient le corps de l’extérieur. l’intérieur, un exosquelette soutient le corps de l’extérieur.

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ?

Les aspirations…Les aspirations…

Dans la Grèce antique,

le lutteur Milon

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ?

Aujourd’hui,

décupler la

capacité de la

personne qui

s’équipe …

… à des fins

militaires

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ?

Mais aussi décupler la

capacité de la

personne qui s’équipe

pour l’amélioration des

services et la lutte

contre les TMS.

Power Assit Suite

Particularité: commande vocale

Objectif: faciliter les mouvements d’un agriculteur, comme lors de la cueillette des fruits.

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ?

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ?

Aujourd’hui,

c’est aussi

redonner usage

des membres à

des personnes

victimes

d’accidents par

rééducation.

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Exosquelette ! Pourquoi ?

ou encore

palier un

déficit

de

motricité

.

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Des modèles militaires

HULC (Human Universal Load Carrier) de Lokheed Martin aux Etats-Unis

Finalité: décupler la performance des soldats(port de charges, réduction de consommation d’oxygène)

Principales caractéristiques:• Masse totale sans les batteries : 24 kg• Vitesse maxi : 6,2 km/h• Charge utile : jusqu’à 90 kg sur le dos• Système hydraulique haute pression• Batteries : Lithium-PolymèreSource: Wikipédia

Vidéo HULC site constructeur

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Des modèles militaires

HERCULE, RB3D/DGA, France

Finalité: décupler la performance des soldats

Principales caractéristiques:• 20 km à 4 km/h pour un objectif de charge de l’ordre de 80-100 kg.• moteurs électriques qui entraînent des actionneurs à câbles mécanisésSource: Wikipédia

hercule

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Des modèles militaires

Vos remarques sur les modèles militaires présentés

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Des modèles militaires

Une remarque importante sur les modèles pour l’assistance de personne valide:

l’exosquelette détecte de lui-même les mouvements de l’utilisateur et ne fait que les accompagner en supportant les efforts à la place de l’homme.

Des apports technologiques: -> jambe mécatronique -> une centrale inertielle -> …

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Un modèle pour aider les personnes ayant des difficultés à se mouvoir

HAL (Hybrid Assistive Limb) de Cyberdyne, Japon

Il est capable de multiplier la force humaine par un facteur de 2 à 10.

Particularité:

une technologie électrique à partir de signaux bioélectriques venant des muscles.

http://www.lepoint.fr/high-tech-internet/hal-l-exosquelette-pour-compenser-le-handicap-04-02-2011-135740_47.php

Source photo: http://www.tomsguide.fr/actualite/Robotique,217.html

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Un modèle pour permettre à des paraplégiques de remarcher

eLEGS, de Berkeley Bionicsau Etats-Unis

http://www.youtube.com/watch?v=WcM0ruq28dc

http://www.exosquelette.fr/berkeley-bionics.html

Particularité:

Utilise des interfaces haptiques.

Vidéo

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Un premier modèle pour la rééducation neuromotrice

Walkbot

Objectif:

réapprendre au patient le mouvement de la marche naturelle

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=wZhKlnIedzI

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Un deuxième modèle pour la rééducation neuromotrice

ABLE du CEA

Extrait de thèse de N Jarrassé

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Les avancés technologiques

Les technologiques qui contribuent au développement des exosquelettes …

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Les matériaux utilisés pour la structure

Alliage d’aluminium (Al) à haute résistance mécanique

Module de Young E = 80 GPa.

Titane (Ti) avec une résistance mécanique par rapport au poids d’environ 25% plus élevée que l’aluminium.

E = 120 GPa Lingot de titane cristallisé pur à 99,995%Source: Wikipédia

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Les liaisons mécaniques

La cinématique du bras ABLE du CEA

Le nombre de degrés de libertés complexifie la réalisation

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Les batteries pour l’énergie embarquée

Diagramme de Ragone Exemples: - HULC -> Lithium-Polymère - HAL -> Lithium - ion

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Chaîne d’action: les déclencheurs de mouvements

Les technologies les plus employées: - moteurs électriques (ex : Hercule) - compresseur hydraulique avec des vérins (ex : HULC) - pneumatique (rééducation) - hybride (hydraulique ou pneumatique + moteur électrique pour amplification d’effort si nécessaire)

Les déclencheurs déplacent l’exosquelette et la personne qui porte ce dernier.

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Chaînes d’énergies et d’informations

Exemple d’un axe motorisé à partir d’un moteur électrique

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Chaînes d’énergies et d’informations

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Centrale inertielle

•Trois gyromètres mesurant les trois composantes du vecteur vitesse angulaire

•Trois accéléromètres mesurant les trois composantes du vecteur « force spécifique » (en m.s-2)

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Capteur d’intention de mouvement

Il n’est ici question que des capteurs sur des exosquelettes sur des sujets valides (les autres capteurs seront étudiés dans le prochain atelier).

Les intentions de mouvement sont dans ce cas détectées au niveau des articulations de l’exosquelette, par des capteurs de type piézoélectrique ou par des jauges de contraintes.

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Capteur d’intention de mouvement

Des capteurs à haut niveau d’intégration: la technologie MEMS (MicroElectroMechanical SSystems) systèmes microélectromécaniques en français.

Des composants internes dont la taille est comprise entre 1 et 100 micromètres (diamètre d’un cheveu) pour former un ensemble inférieur au millimètre.

Sources: Wikipédia et dirac.epucfe.eu

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe Capteur de déplacement des axes

Les codeurs incrémentaux sont les plus utilisés car ils présentent le meilleur compromis « Précision de l’information / poids ».

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Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe L’unité de traitement des informations

L’informatique pour le traitement des informations en temps réel.

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Autrement dit, l’unité de traitement ne doit pas simplement délivrer des résultats exacts, il doit les délivrer dans des délais imposés.

Une commande en temps réel, signifie que le temps de traitement des informations doit être suffisamment rapide, pour que la commande soit adaptée par rapport à la vitesse d’évolution du système commandé.

Regard technologique sur l’extension physique externeRegard technologique sur l’extension physique externe L’unité de traitement des informations