Les exosquelettes robotiques construits avec l’IA peuvent-ils prévenir les blessures musculo-squelettiques ?

Les progrès de l’IA ont des effets importants sur la robotique appliquée à la santé. Ces deux domaines ont beaucoup évolué au cours de la dernière décennie et leurs avancées se complètent désormais. Voici comment l’IA pourrait faciliter l’utilisation quotidienne d’exosquelettes robotiques et pourquoi cela vous concerne.

Pourquoi les exosquelettes ne sont-ils pas encore courants ?

Le concept d’exosquelette robotique existe depuis longtemps et permet déjà de soutenir certains mouvements humains. Pourtant, il reste peu courant d’en voir au supermarché ou dans un garage. Des dispositifs sont commercialisés pour des usages précis, mais leur adoption à grande échelle se heurte encore à des obstacles techniques, pratiques et financiers.

Les difficultés ne concernent pas seulement le matériel : les logiciels de commande jouent également un rôle essentiel. Concevoir un moteur qui entraîne une articulation est une chose ; déterminer précisément quand et comment assister une personne dans des situations variées en est une autre.

Source – eksobionics

De nombreux exosquelettes nécessitent un étalonnage et des réglages adaptés à la personne, à l’environnement et à la tâche. Ces contraintes de programmation peuvent limiter leur polyvalence et compliquer leur utilisation quotidienne.

Rendre les exosquelettes plus polyvalents

Les développeurs ont cherché à surmonter ces limites grâce aux logiciels. Certaines approches utilisent l’IA pour reconnaître une activité, puis sélectionner le mode d’assistance correspondant. Elles ont permis des progrès, mais la reconnaissance des activités, les transitions entre elles et les ressources de calcul embarquées restent des enjeux importants.

Une nouvelle approche

À Georgia Tech, une équipe d’ingénieurs en mécanique dirigée par Aaron Young a proposé une autre approche : commander l’assistance à partir des mouvements et des efforts de la personne, plutôt que classer son environnement. L’équipe a ainsi développé un cadre de commande unifié pour les exosquelettes robotiques.

Leurs travaux ont abouti à un système de commande d’exosquelette qui, dans les conditions étudiées, fonctionne sans réglage individuel ni étalonnage propre à chaque utilisateur. Son algorithme a été entraîné au préalable et adapte l’assistance lorsque la personne marche, reste debout ou emprunte des escaliers et des rampes.

La différence humaine

L’intérêt de cette approche réside notamment dans l’attention portée à la personne plutôt qu’à la classification de son environnement. Les informations sur les mouvements et les efforts articulaires permettent d’adapter l’assistance. L’apprentissage automatique aide ici à interpréter les mesures des capteurs ; il ne marque pas le début de l’étude de la physiologie humaine.

Intelligence artificielle

Le système utilise l’apprentissage profond pour estimer les efforts articulaires à partir des capteurs de l’exosquelette, puis commander l’assistance. Les mesures de force et la capture des mouvements ont servi à l’entraînement en laboratoire. L’utilisateur n’a pas à sélectionner manuellement un mode pour chaque activité étudiée.

Entraîner l'IA

Pour entraîner l’algorithme, les ingénieurs ont constitué un ensemble de données expérimentales. Des participants de genres et de morphologies différents ont porté l’exosquelette de hanche afin de recueillir des mesures représentatives de plusieurs situations de mouvement.

Les participants ont marché à différentes vitesses sur des plateformes de force, emprunté des escaliers à hauteur réglable, monté et descendu des rampes et effectué des transitions entre ces activités. La capture des mouvements et les mesures de force ont permis d’étudier les efforts articulaires correspondants.

Ces données ont servi à entraîner le modèle à relier les mesures des capteurs aux efforts articulaires. Le contrôleur adapte ainsi l’assistance à la personne sans devoir attribuer chaque mouvement à un mode prédéfini. Il s’agit d’une assistance partielle, qui accompagne l’effort de l’utilisateur plutôt que de le remplacer entièrement.

Projets IA précédents

Aaron Young et son équipe travaillent plus largement sur les exosquelettes, les prothèses robotiques et leurs systèmes de commande intelligents. Ces recherches visent à améliorer l’assistance aux personnes ayant des difficultés de mobilité. D’autres expériences du laboratoire étudient notamment l’adaptation de l’exosquelette de hanche aux besoins des personnes en rééducation après un AVC.

Les exosquelettes robotiques améliorent la vie des personnes vivant avec un handicap

Les exosquelettes robotiques présentent de nombreuses applications possibles. Selon le dispositif et les capacités de la personne, ils peuvent soutenir la mobilité ou accompagner une rééducation de la marche. Ils ne garantissent toutefois ni une autonomie complète ni le rétablissement de la démarche antérieure.

Dans l’industrie, ces dispositifs pourraient contribuer à réduire certains efforts physiques et risques de blessures. Le port de charges par des militaires ou l’assistance à des mécaniciens figurent parmi les applications envisagées. Leur intérêt dépendra des tâches, de leur sécurité et des bénéfices effectivement mesurés.

Solutions innovantes pour la récupération et la rééducation

La robotique médicale et les systèmes d’assistance intelligents suscitent un intérêt croissant. Les progrès concernent notamment la commande des mouvements, l’interaction avec les utilisateurs et l’aide aux activités quotidiennes. Les exemples suivants illustrent différentes pistes de développement ; tous ces dispositifs ne reposent pas nécessairement sur l’IA.

1. Limbitless Solutions

Fondée en 2014 et établie à l’Université de Floride centrale, Limbitless Solutions développe des bras bioniques personnalisés pour les enfants présentant une différence de membre. L’organisme associe ingénierie et création artistique pour proposer des habillages de prothèses qui permettent aux enfants d’exprimer leur personnalité.

Limbitless explore notamment l’IA générative d’Adobe (ADBE ) pour créer des visuels à partir de descriptions textuelles. Les univers des jeux vidéo et du cinéma peuvent inspirer la personnalisation. Les habillages imprimés en 3D se fixent sur les bras bioniques ; les outils de création servent à développer les concepts graphiques.

Limbitless collabore également avec l’hôpital pour enfants Orlando Health Arnold Palmer dans le cadre d’essais cliniques de ses bras bioniques. La personnalisation vise à favoriser l’expression de soi et la confiance des enfants. Il convient de distinguer cet objectif des résultats cliniques qui nécessitent une évaluation spécifique.

2. Rewalk Robotics, sous le nom commercial « Lifeward »

LFWD Graphique du prix

ReWalk Robotics, qui utilise également le nom Lifeward, développe plusieurs dispositifs d’assistance et de rééducation. Son exosuit souple ReStore, autorisé par la FDA en 2019, accompagne la rééducation de la marche après un AVC en établissement de soins. Ses capteurs permettent de synchroniser l’assistance avec la marche ; il ne s’agit pas d’un exosquelette personnel autonome.

ReStore utilise des éléments textiles souples, une ceinture motorisée et des câbles reliés à la jambe et à une semelle. Cette conception vise à faciliter le port du dispositif pendant les séances de rééducation. Son installation et son utilisation relèvent d’un thérapeute formé, sous supervision clinique.

Une télécommande permet au thérapeute formé de régler les niveaux d’assistance et les modes de traitement, ainsi que de réaliser des évaluations. ReStore est destiné à la rééducation de la marche ; il n’est pas conçu pour les activités sportives ni pour monter des escaliers.

ReWalk propose plusieurs solutions robotiques dont les indications et les autorisations diffèrent selon le produit et le marché. Une autorisation de la FDA ou un marquage CE ne garantit pas à lui seul une prise en charge par l’assurance. Les conditions de remboursement doivent être vérifiées pour le dispositif et la situation du patient.

Cas d'utilisation – Exosquelettes robotiques IA

L’intérêt pour les exosquelettes intelligents s’est développé dans plusieurs secteurs au cours de la dernière décennie. Selon leur conception, ils pourraient servir à des applications médicales, industrielles ou militaires. Voici quelques usages à suivre.

Militaire

Le secteur militaire s’intéresse depuis longtemps aux exosquelettes. La DARPA a financé des travaux visant à développer des dispositifs d’assistance physique. Plusieurs applications sont envisagées pour les opérations militaires et la logistique.

Les exosquelettes pourraient aider les soldats à transporter davantage de matériel ou à parcourir de plus longues distances à pied. Ils pourraient aussi faciliter l’évacuation de blessés et certaines tâches d’approvisionnement, sous réserve de performances et d’une fiabilité adaptées au terrain.

Industriel

La robotique industrielle a transformé de nombreux secteurs, notamment la construction automobile, grâce à la précision et à la répétabilité de ses opérations. Les progrès des capteurs et de la commande permettent d’envisager des robots plus adaptables. Les exosquelettes portés par des travailleurs constituent une catégorie distincte, destinée à assister leurs mouvements.

Des entreprises comme Amazon (AMZN ) utilisent la robotique pour leurs opérations. Les progrès de l’IA et des grands modèles de langage, notamment ceux utilisés dans des assistants comme ChatGPT, pourraient faciliter certaines interactions avec les machines. Des travailleurs équipés d’exosquelettes pourraient également collaborer avec des robots, si leur intégration et leur sécurité le permettent.

Voyage spatial

Les exosquelettes robotiques pourraient contribuer à certaines activités des astronautes et à leur entraînement physique. La robotique joue déjà un rôle important dans l’exploration spatiale, notamment à bord de la Station spatiale internationale.

La NASA a présenté l’exosquelette X1 en 2012, en collaboration avec l’Institute for Human and Machine Cognition et Oceaneering. Le projet visait notamment l’exercice physique des astronautes : le dispositif peut opposer une résistance aux mouvements ou les assister. Des applications terrestres d’aide à la mobilité ont également été envisagées.

Exosquelettes intelligents améliorant votre vie

Déneiger une allée ou transporter des objets lourds illustre l’intérêt potentiel d’une assistance physique. En associant moteurs, capteurs et commande intelligente, les exosquelettes pourraient réduire certains efforts et accompagner la rééducation. Leur efficacité et leur sécurité doivent être évaluées pour chaque usage, ce qui fait de la robotique d’assistance un domaine de recherche à suivre.

Vous pouvez découvrir d’autres projets blockchain ici.