La technologie d'exosquelette des humains bioniques redéfinit les limites

Dans Bord de demain, Film de science-fiction salué par la critique et sorti cet été, les soldats combattent les extra-terrestres avec des exosquelettes électriques qui renforcent leur force, leur vitesse et leur agilité. Sur le grand écran, aux côtés d'explosions et d'ennemis d'un autre monde, les idées semblent être une invention hollywoodienne - mais elles sont plus proches de la réalité que vous ne le pensez.

La recherche sur l'exosquelette est en cours depuis plus d'un siècle et a permis de créer un certain nombre de prototypes viables. Étonnamment, ils se concentrent moins sur la force surhumaine que sur l'amélioration de l'endurance et de la qualité de vie. Les chercheurs sur le terrain voient l'avenir 4 Technologies qui pourraient changer le monde 4 Technologies qui pourraient changer le monde C'est un moment si excitant de vivre, alors que la science et la technologie propulsent l'humanité à une vitesse incroyable. Qui aurait pensé il y a dix ans que nous aurions un accès tactile à tous… comme un marathon au lieu d'un sprint.

Exo-Histoire

Les exosquelettes humains sont apparus dans des récits de science-fiction depuis les années 1950, mais le premier véritable exosquelette a été inventé plus d'un demi-siècle auparavant par l'inventeur russe Nicholas Yagn. Malgré son pays de résidence, il décida de déposer un brevet auprès de l'Office des brevets des États-Unis en 1890. Il décrivit son invention comme suit:

[…] Un certain nombre de ressorts adaptés pour supporter le poids de tout le corps et stocker et accumuler la puissance ainsi exercée, ainsi que la puissance exercée par la quantité de mouvement de ce poids mort lorsqu'elle est en mouvement. - Nicholas Yagn, inventeur

Son exosquelette a également utilisé “accumulateurs à fluide comprimé” stocker de l'énergie. Selon Nicholas, son invention donnait aux utilisateurs une meilleure mobilité et réduisait la tension liée à la course et aux sauts sur le corps. Désolé, fans de steam-punk; ce n'était pas une machine de mort à engrenages.

Le premier exosquelette motorisé, appelé Hardiman, a été développé par General Electric à la fin des années 1960. Massif et brutal, le costume ressemblait beaucoup aux costumes de combat massifs imaginés par les auteurs de science-fiction. Il a été conçu pour amplifier considérablement la puissance d’un utilisateur, mais ses inventeurs n’ont jamais complètement défini les exigences de contrôle et d’alimentation. Comme indiqué dans le rapport final du projet:

Le problème de l'interface homme-machine dans le prototype du Hardiman I a été grave. Le gain de puissance élevé, la complexité du système à joints multiples et le couplage intime de l'homme et de la machine imposent de nombreuses contraintes de conception et imposent de lourdes exigences à la technologie existante..

L'échec de Hardiman a démontré l'extrême difficulté de développer un exosquelette avec la technologie de cette époque. Une autre tentative n'a été faite qu'au début des années 1990, lorsque des chercheurs de Kawasaki ont commencé à travailler sur le Power Assist Suit, un exosquelette conçu pour aider les professionnels de la santé à déplacer les patients immobiles..

Une explosion de nouveaux développements s'est produite après le tournant du siècle. La société japonaise Cyberdyne a présenté le concept d'exosquelette HAL-3, Berkeley a mis au point un exosquelette pour le bas du corps, appelé Bleex, destiné à aider les soldats à porter de lourdes charges sur de longues distances, et Honda a mis au point une paire d'exosquelettes pour le bas du corps conçue pour les personnes partiellement mobiles qui auraient besoin canne ou marcheur.

La mise sous tension

Le projet échoué de Hardiman est le genre de combinaison à laquelle la plupart des gens pensent quand on lui dit d'imaginer un exosquelette. Beaucoup d’entre nous se souviennent d’images de fiction, comme le célèbre exosquelette piloté par Sigourney Weaver (ou plutôt le cascadeur caché derrière elle) dans Extraterrestres.

Un exosquelette massif peut certainement impressionner un public, mais son utilisation pratique est limitée. Les batteries manquent encore de l'endurance nécessaire pour faire fonctionner une machine bestiale pendant de longues périodes, et un gros exosquelette ne fait pas grand chose que ne peut pas déjà réaliser un chariot élévateur, une grue ou un autre véhicule. Les exosquelettes modernes s'attachent à améliorer les êtres humains de manière pratique et utile chaque jour dans diverses situations..

L’un des derniers modèles est le Human Universal Load Carrier, ou HULC, un exosquelette militaire conçu par Lockheed-Martin pour améliorer considérablement les capacités physiques des soldats. L'idée de base, telle qu'énoncée par le gestionnaire de programme Jim Ni et détaillée dans un communiqué de presse de l'entreprise, est d'augmenter l'endurance et la force tout en réduisant également le risque de blessure..

Il [HULC] permet aux soldats de faire des choses qu'ils ne peuvent pas faire aujourd'hui, tout en les protégeant des blessures musculo-squelettiques. - Jim Ni, responsable du programme HULC

Cela ne semble pas très différent des avantages réclamés par Nicholas Yagn pour son exosquelette il y a plus d'un siècle, mais la technologie moderne permet aux chercheurs de mieux comprendre l'idée. HULC peut aider les soldats à transporter des charges allant jusqu'à 200 livres sur divers terrains tout en minimisant les risques de blessures susceptibles de ralentir la présence d'un soldat sur le terrain. Les batteries alimentent l'exosquelette, qui pèse plus de cinquante livres, et sa durée de vie peut atteindre 72 heures avec un équipement spécial.

Mais Lockheed-Martin n'est pas la seule entreprise dans ce domaine. Raytheon a passé les huit dernières années à développer le XOS, qui espère remplir le même rôle que le HULC. Contrairement à son concurrent, cependant, le XOS couvre une partie importante du bas et du haut du corps de l'utilisateur. Ses inventeurs citent une capacité de charge maximale similaire d’au moins 200 livres, mais l’amélioration de la résistance s’étend aux bras, qui peuvent supporter jusqu’à 50 livres avec peu d’effort..

Pas seulement pour les soldats

Au Japon, Cyberdyne a poursuivi le développement de son exosquelette HAL-5. Contrairement à ses pairs américains, cet appareil est conçu pour un usage civil plutôt que militaire. La société étudie plusieurs modèles pouvant être utilisés par des travailleurs industriels, des professionnels de la santé et des personnels médicaux.

Un modèle de membre inférieur conçu pour aider à la réadaptation des personnes ayant des problèmes de mobilité liés à une blessure a été approuvé pour une utilisation en Europe et est utilisé dans des essais cliniques. Le premier essai, achevé en avril de cette année, suggère que l’exosquelette fournit une “amélioration très significative” à la mobilité une fois porté et améliore également, avec le temps, la capacité de mouvement du même patient sans pour autant l'exosquelette. Cependant, seuls huit patients faisaient partie de l’étude. Il reste donc beaucoup à faire pour confirmer les avantages de HAL..

Le ReWalk est un autre exosquelette civil qui attire l'attention. Il s'agit d'un exosquelette du bas du corps qui remplit un rôle similaire à celui du HAL. Le ReWalk utilise des moteurs de jambe à faible puissance pour faciliter la mobilité tout en offrant une autonomie de la batterie toute la journée. Contrairement au HAL, le ReWalk doit être utilisé avec des cannes, mais il est également plus avancé dans son développement et a été approuvé dans plusieurs pays. Le ReWalk peut être utilisé pour la rééducation ou peut être acheté pour un usage personnel comme alternative au fauteuil roulant ou au scooter électrique.

Piles non incluses

FORTIS, qui vient de commencer les tests cette année, est le dernier exosquelette de Lockheed-Martin. Bien que la marine effectue la première série d’essais, cet exosquelette, contrairement au HULC, n’est destiné qu’à des fins civiles. Il renforce le corps de l'utilisateur en réduisant les contraintes liées à la manipulation des outils lourds que les mécaniciens de la marine utilisent souvent pour réparer les navires.

En portant l'exosquelette FORTIS, les opérateurs peuvent supporter le poids de ces outils lourds pendant de longues périodes tout en réduisant leur fatigue. - Adam Miller, directeur des nouvelles initiatives, Lockheed-Martin

Bien que FORTIS manque de batterie, FORTIS a des capacités impressionnantes. Il peut aider les utilisateurs à supporter jusqu'à 36 livres “sans effort.” Cela peut sembler peu au début, mais rappelez-vous que les mécaniciens utilisent ces outils pendant des heures chaque jour. Tout poids important peut devenir fatiguant après quelques minutes. L'exosquelette aide également à transférer ces charges sur le sol, réduisant ainsi les tensions sur le dos et les jambes de l'utilisateur.

Ce type d'exosquelette, s'il devait réussir, pourrait être un avantage considérable pour les travailleurs de la construction et de l'industrie qui doivent soulever des charges modestes tout au long de la journée. Les blessures liées au travail sont encore courantes dans ces domaines et, avec le temps, peuvent réduire considérablement la qualité de vie des vétérans de ces domaines..

Le manque de puissance de FORTIS réduit également la complexité et les coûts, rendant l’idée plus acceptable pour un déploiement à grande échelle. Cela dit, FORTIS en est encore à ses débuts; cela a été annoncé pour la première fois le mois dernier. La plupart des autres projets d'exosquelette sont en développement depuis des années, voire des décennies dans certains cas. Ce projet a donc encore beaucoup de chemin à parcourir..

Toujours humain, mais meilleur

L'exosquelette moderne est passé de l'amélioration de la force et de la vitesse à l'amélioration de l'endurance. En ce sens, l’objectif n’est pas de nous rendre beaucoup plus rapides ni plus forts qu’avant, mais de nous rendre plus durables et d’améliorer notre qualité de vie. Bien que ce ne soit pas glamour, cette approche est logique; nous avons conquis le levage de lourdes charges avec le chariot élévateur.

Blessure et épuisement, cependant, sont des ennemis à vaincre. Un soldat fatigué et blessé est susceptible de ralentir l'ensemble de son unité et est moins capable de réagir aux menaces. Selon une estimation de 2013, les blessures sur le lieu de travail coûteraient jusqu'à 250 milliards de dollars par an rien qu'aux États-Unis. La réduction de la tension et l'augmentation de l'endurance peuvent profiter à tout le monde, de l'infanterie au combat, au personnel de santé qui déplace les patients d'un lit à l'autre. Nous verrons donc probablement les exosquelettes poursuivre cette nouvelle approche au cours de la prochaine décennie. Les exosquelettes ne nous donneront pas la force surhumaine ou la vitesse fulgurante - du moins dans peu de temps. Mais ils nous aideront à vivre plus longtemps et à être meilleurs. L'influence de la technologie sur l'évolution humaine L'influence de la technologie sur l'évolution humaine Il n'y a pas un seul aspect de l'expérience humaine qui n'a pas été touché par la technologie, y compris notre corps même. .

Crédit d'image: Lockheed-Martin, Cyberdyne