L’évolution et l’innovation de l’exosquelette se sont faites graduellement. Ainsi, les modèles passifs ont laissé leur place à des modèles actifs alimentés par la technologie robotique et par l’intelligence artificielle. Par ailleurs, les exosquelettes conçus au départ pour le soutien industriel et pour la rééducation ont évolué et ont permis à des milliers de personnes de retrouver une vie quasi-normale grâce à la mobilité de leurs membres inférieurs. Ils font désormais partie intégrante de la technologie prothétique au vrai sens du terme.
L’exosquelette bionique et intelligent a démontré que les efforts injectés dans le domaine ont porté leurs fruits et que l’intelligence artificielle a encore de beaux jours devant elle dans ce secteur. Dans cet article, nous allons nous pencher sur l’impact de l’exosquelette et de l’intelligence artificielle.
Intelligence artificielle et exosquelette : une véritable révolution technologique
Les exosquelettes passifs comme les prothèses fonctionnent grâce aux mouvements du corps de l’utilisateur ou bien grâce à une force externe. Cependant, avec l’arrivée de la technologie robotique, les exosquelettes sont devenus actifs et réactifs. Cela aide le patient à bénéficier d’une meilleure autonomie et à avoir un meilleur contrôle sur la machine. Les exosquelettes robotisés utilisent, quant à eux, des capteurs avancés, des actionneurs (pour imiter les mouvements naturels des membres inférieurs et supérieurs) et l’IA.
La fusion de l’intelligence artificielle et de l’exosquelettes permet d’améliorer les signaux musculaires et les impulsions nerveuses. Cela donne la possibilité à l’utilisateur de bouger les bras et les jambes prothétiques avec une excellente précision. Aussi, et grâce à l’intelligence artificielle, les nouveaux modèles d’exosquelettes disposent d’une force de préhension adaptative qui permet aux patients de manipuler toutes sortes d’objets, notamment les plus fragiles.
Les interfaces cerveau-machine, communément appelées IMC, permettent à l’utilisateur de contrôler les exosquelettes et les membres prothétiques uniquement par la pensée. Comment cela a-t-il été rendu possible ?
L’innovation de l’exosquelette grâce à l’intelligence artificielle
L’intelligence artificielle des exosquelettes assure à ces derniers de s’adapter en temps réel aux besoins de ceux qui le portent. Cette évolution repose sur 3 types d’innovations de l’exosquelette, à savoir :
- Le décodage des signaux neuronaux ;
- L’apprentissage adaptatif ;
- La biomécanique intelligente.
Le décodage des signaux neuronaux
Le système WIMAGINE®, une innovation développée en France, a été utilisé pour des implants cérébraux en combinaison avec l’IA dans le but d’interpréter les intentions de mouvement. Ce fut en 2019 qu’un patient tétraplégique a pu contrôler son exosquelette directement par la pensée. Cet exemple souligne l’importance de l’IA qui analyse les signaux électriques du cortex moteur avant de les transformer en commande avec une latence inférieure à 350 ms.
L’apprentissage adaptatif
En 2009, l’exosquelette HAL de Cyberdyne a combiné la détection des signaux électromyographiques à des algorithmes prédictifs pour ajuster l’assistance musculaire. Ekso Bionics a quant à lui modifié son niveau d’aide en fonction de la progression du patient lors de la rééducation.
Pour Russ Angold, cofondateur de l’entreprise Ekso Bionic, affirme que l’exosquelette est capable de s’adapter au profil de chaque patient selon les forces de ce dernier. L’exosquelette intelligent lui confère plus ou moins une assistance.
La biomécanique intelligente
L’exosquelette et l’intelligence artificielle ont encore fait leurs preuves lors de la conception de l’exosquelette pédiatrique Elena Garcia Armada. Ce dernier utilise l’IA pour imiter la marche naturelle de l’exosquelette via des ressorts algorithmiques et pour prévenir les déformations vertébrales chez les enfants.
L’intelligence artificielle et l’exosquelette pour une réhabilitation et une assistance médicale
L’exosquelette et l’intelligence artificielle ont fusionné pour apporter leurs pouvoirs aux personnes en situation de handicap et lors de la rééducation. En effet, l’IA joue un rôle primordial dans le développement des prothèses et des exosquelettes robotiques. Ces derniers sont dorénavant intuitifs et plus intelligents, ce qui les rend adaptables aux environnements réels.
L’exosquelette du futur intelligent est prépondérant pour les patients à mobilité réduite et paralysés, mais également pour la rééducation post-AVC. Le principe de base des exosquelettes mêlé à l’intelligence artificielle dans le milieu médical repose :
- Des capteurs biomécaniques pour détecter les mouvements ;
- Des algorithmes d’apprentissage automatique pour analyser des schémas moteurs ;
- Les systèmes d’assistance adaptative pour une correction en temps réel.
On cite comme cas concret l’exosquelette souple développé par des chercheurs des universités de Harvard et de Boston, conçu pour une seule jambe. Il sert à aider les patients victimes d’AVC dans leur rééducation. Ce dernier réduit de 20 % l’asymétrie de marche grâce à l’intelligence artificielle qui vient compenser les déficits moteurs.
Concernant le système Hank, un exosquelette pour les membres inférieurs de GOGOA, celui-ci stimule la neuroplasticité et adapte automatiquement son assistance aux progrès du patient paraplégique. Son fonctionnement réside dans l’utilisation de pièces imprimées en 3D qui aident les patients à avoir une démarche constante. Cette solution complémentaire accélère considérablement les délais de rééducation, parfois très longs, et améliore significativement les résultats pour les patients.
Exosquelettes intelligents pédiatriques et gérontologiques
Les enfants et les personnes âgées sont aussi concernées par les avancées technologiques de l’exosquelette. L’IA a permis de doter ces dispositifs robotisés pour les accompagner dans leur mobilité.
Exosquelettes pour enfants Atlas Pediatric Exo
L’exosquelette intelligent Atlas Pediatric Exo de Marsi Bionics est un dispositif adapté pour les enfants de 3 à 10 ans avec un ajustement automatique de la démarche. Il permet, entre autres, de réduire la détérioration musculaire et de prévenir les complications orthopédiques. L’avantage est qu’elle peut être installée en moins de huit minutes pour des séances de rééducation perfectionnées.
L’intelligence artificielle entre dans la conception de ce modèle d’exosquelette grâce à des algorithmes évolutifs qui vont s’adapter à la progression de l’enfant. Résultat ? Plus de 82 % d’autonomie après 6 mois d’utilisation et une réduction de 75 % des déformations vertébrales.
Le système Wandercraft et Easy Walk™ pour personnes âgées
Le système Wandercraft détecte les déséquilibres en 50 ms et corrige automatiquement la posture. Quant à l’exosquelette Easywalk de Syrebo, il procure une assistance proportionnelle au degré de faiblesse musculaire et est compatible avec deux types de maladies neurodégénératives : la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer.
Grâce à ces deux exosquelettes dotés de l’intelligence artificielle, on a remarqué une diminution de 60 % des chutes et une amélioration de l’équilibre dans 89 % des cas.
L’exosquelette intelligent au service de l’industrie et de la logistique
Le rôle de l’IA dans les exosquelettes est d’augmenter la productivité tout en réduisant les risques liés aux troubles musculo-squelettiques. Cela fonctionne grâce à des capteurs biomécaniques qui alimentent les algorithmes d’apprentissage automatique pour venir ajuster l’assistance motrice.
Le rôle de l’IA dans les exosquelettes est d’augmenter la productivité tout en réduisant les risques liés aux troubles musculo-squelettiques. Cela fonctionne grâce à des capteurs biomécaniques qui alimentent les algorithmes d’apprentissage automatique pour venir ajuster l’assistance motrice.
On cite l’exemple de l’exosquelette Apogee Ultra de la firme German Bionic qui modifie son niveau d’aide en fonction du poids porté ainsi que de la fatigue détectée. Il réduit de ce fait 30 % de la charge musculaire.
Un chef de chantier a partagé son expérience en témoignant d’un raccourcissement des délais de mise en œuvre des projets et d’une baisse de la fatigue chez les ouvriers. Par ailleurs, l’intelligence artificielle analyse les schémas de mouvement afin de corriger les postures à risque.
Les exosquelettes intelligents comme le Liftsuit utilisent l’intelligence artificielle pour synchroniser les gestes avec les rythmes de production et génèrent des données en temps réel sur l’ergonomie ainsi que sur l’efficacité. Ainsi, on a un gain d’efficacité de 30 %.
S’agissant de l’apprentissage sans calibration humaine, des frameworks IA, comme celui de NC State University, entrainent les dispositifs en simulation. Cela élimine les tests physiques trop longs et réduit le temps de déploiement de 80 %. Cet exemple illustre à quel point l’intégration de l’IA est importante dans la conception de l’exosquelette.
Renforcer les capacités physiques des militaires
Les exosquelettes et l’intelligence artificielle n’ont pas été oubliés dans le corps militaire. Ainsi, la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) pilote depuis 2000 des programmes riches dans l’optique d’améliorer considérablement les performances des soldats, leur force et leur endurance.
Par ailleurs, le Warrior Web Project vise à réduire les blessures musculo-squelettiques qui représentent 50 % des incapacités sur le terrain et à soulager le port des charges allant jusqu’à 50 kg. Cela se fait via des structures d’exosquelette souples activées par des impulsions électriques.
Mais comment fonctionne l’intelligence artificielle intégrée aux exosquelettes ?
- L’analyse biomécanique : pour détecter en temps réel les mouvements et l’ajustement de l’assistance motorisée pour économiser l’énergie du militaire ;
- La prédiction des intentions : l’anticipation des gestes via des capteurs neuronaux et électromyographiques ;
- L’optimisation énergétique : pour une meilleure gestion de la batterie qui va l’aider à prolonger l’autonomie de la batterie.
Les cas concrets
En réalité, les exosquelettes qu’ils soient passifs ou motorisés ont clairement démontré leur utilité dans des situations concrètes :
- Le carrySuit de Mawashi réduit 30 % de la fatigue en transférant le poids vers le sol ;
- Le Guardian XO de Starcos intègre une IA de navigation pour s’adapter aux nivelés et aux obstacles ;
- Le XO3 de Raython permet de soulever 90 kg sans effort dans les missions logistiques.
Il ne faut cependant pas oublier que l’autonomie reste limitée malgré l’intégration de l’IA. Pour cela, des projets hybrides sont en cours. Parmi les autres défis, on note le poids et l’encombrement des exosquelettes militaires intelligents qui pèsent quand même de 15 à 25 kg. On note en outre leur coût élevé, comptez 500 000 € par unité, qui concerne les modèles haut de gamme.
Projections pour les années 2030-2040
L’association de l’exosquelette et de l’intelligence artificielle pourrait s’étendre des domaines médicaux, militaires et industriels à une utilisation grand public, avec une croissance estimée à 42,1 % pour le marché concerné.
Un petit tour des avancées prévues pour cette période ?
- Une optimisation de la mobilité, une amélioration de la santé cardiaque et osseuse ;
- Une évolution vers des exosquelettes invisibles s’adaptant à celui qui le porte via une IA embarquée et des réseaux corporels IoT ;
- À l’horizon 2040, des implants cérébraux de type BCI et des capteurs biométriques pour étendre les capacités cognitives et physiques menant à un humain 2.0 ;
- une symbiose homme-machine grâce à des prothèses modernes qui vont développer une connaissance distribuée avec l’utilisateur à travers des interfaces neuronales et une co-adaptation en continu.
Toutes ces perspectives montrent à quel point la biologie, la robotique et l’intelligence artificielle s’unissent pour des progrès accélérés dans le but d’améliorer le quotidien de millions de personnes à travers le monde. L’intelligence artificielle transforme les exosquelettes en dispositifs autonomes et précis en misant sur une accessibilité grand public. Cependant, leur succès dépendra en grande partie de la résolution des défis techniques, éthiques et économiques auxquels ils font face de nos jours. Mais il faut bien dire que l’histoire et l’évolution fascinante des exosquelettes, qui est passée du domaine de la science-fiction à celui de la réalité, mérite d’être contée.
Conclusion
L’intelligence artificielle et les exosquelettes ont changé la donne dans le monde de la mobilité et du travail. Dans le domaine de la médecine, les exosquelettes intelligents autonomes, comme celui de Wandercraft, ont permis de faire retrouver la mobilité à de nombreux patients.
Dans le domaine de la logistique et industriel, les modèles d’exosquelettes intelligents améliorent la productivité et réduisent les risques de TMS, avec une augmentation des capacités humaines. Malgré les défis, les exosquelettes avec IA intégrée seront personnalisés et plus légers.
La route est encore longue, mais l’avancement des progrès est en cours pour apporter le meilleur en mobilité et en force.
Une chose est certaine : la fusion exosquelette et intelligence artificielle a permis de faire un bond dans le domaine de la technologie des composants de l’exosquelette et de la bionique.
L’avenir commence ici. Découvrez plus sur les exosquelettes depuis notre blog !