Humains bioniques: la technologie des exosquelettes redéfinit les limites

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Dans Bord de demain, un film de science-fiction acclamé par la critique sorti cet été, les soldats combattent les extraterrestres avec des exosquelettes motorisés qui améliorent leur force, leur vitesse et leur agilité. Sur l'écran argenté, 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 les exosquelettes est en cours depuis plus d'un siècle, aboutissant à un certain nombre de prototypes viables. Étonnamment, cependant, ils se concentrent moins sur la force surhumaine et plus sur l'amélioration de l'endurance et de la qualité de vie. Les chercheurs dans le domaine voient l'avenir 4 technologies qui pourraient changer le mondeEn ce moment, c'est une période passionnante pour vivre, alors que la science et la technologie font avancer l'humanité à des vitesses incroyables. Qui aurait pensé il y a dix ans que nous aurions un accès tactile à tous ... Lire la suite comme un marathon au lieu d'un sprint.

Exo-histoire

Des exosquelettes humains sont apparus dans histoires de science-fiction sepuis les années 1950, le premier véritable exosquelette a été inventé plus d'un demi-siècle plus tôt par l'inventeur russe Nicholas Yagn. Malgré son pays de résidence, il a décidé de déposer un brevet auprès du Bureau des brevets des États-Unis en 1890. Il a décrit son invention comme:

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

Son exosquelette utilisait également des «accumulateurs de fluide comprimé» pour stocker l'énergie. Selon Nicholas, son invention a donné aux utilisateurs une meilleure mobilité et réduit la pression de courir et de sauter sur le corps. Désolé, les fans de steam-punk; ce n'était pas une machine à 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 combinaisons de combat massives envisagées par les auteurs de science-fiction. Il a été conçu pour amplifier considérablement la force d'un utilisateur, mais ses inventeurs n'ont jamais complètement défini les commandes et les besoins en énergie. Comme indiqué dans le rapport final du projet:

Le problème d'interface homme-machine dans le prototype Hardiman I a été grave. Le gain de puissance élevé, la complexité du système multi-articulé et le couplage intime entre l'homme et la machine ont imposé de nombreuses contraintes de conception et ont imposé 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 les chercheurs de Kawasaki ont commencé à travailler sur le Power Assist Suit [URL cassée supprimée], un exosquelette conçu pour aider les professionnels de la santé à bouger les patients.

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

La mise sous tension

Le projet Hardiman échoué est le genre de costume auquel la plupart des gens pensent quand on leur 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 n'ont toujours pas l'endurance nécessaire pour alimenter une machine bestiale pendant de longues périodes, et un gros exosquelette ne fait pas grand-chose qu'un chariot élévateur, une grue ou un autre véhicule ne peut déjà atteindre. Les exosquelettes modernes se concentrent sur l'amélioration des humains de manière pratique qui peut être utilisée tous les jours dans diverses situations.

L'un des derniers modèles est le porte-charge universel humain, ou HULC, un exosquelette militaire conçu par Lockheed-Martin pour améliorer considérablement les capacités physiques des soldats. L'idée de base, comme indiqué par le responsable du programme Jim Ni et détaillé dans un communiqué de presse de l'entreprise, est d'augmenter l'endurance et la force tout en diminuant 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 que Nicholas Yagn a réclamés pour son exosquelette il y a plus d'un siècle, mais la technologie moderne signifie que les chercheurs peuvent mieux réaliser l'idée. HULC peut aider les soldats à transporter des charges allant jusqu'à 200 livres sur divers terrains tout en minimisant le risque de blessures qui pourraient ralentir un soldat sur le terrain. Les piles alimentent l'exosquelette, qui pèse plus de cinquante livres, et la durée de vie peut s'étendre jusqu'à 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, le XOS couvre une partie substantielle 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 force s'étend aux bras, qui peuvent contenir jusqu'à cinquante 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. L'entreprise recherche plusieurs modèles à l'usage des industriels, réponse désastreuse professionnels personnels et médicaux.

Un modèle pour les membres inférieurs conçu pour aider à la réadaptation des personnes ayant des problèmes de mobilité liés aux blessures a été approuvé pour une utilisation en Europe et est utilisé dans des essais cliniques. Le premier procès, terminé en avril de cette année, suggère que l'exosquelette offre une «amélioration très significative» de la mobilité lorsqu'il est porté et, avec le temps, améliore la capacité du même patient à bouger sans pour autant l'exosquelette. Cependant, seuls huit patients faisaient partie de l’étude, donc il faut faire plus de travail pour confirmer les avantages de HAL.

Un autre exosquelette civil qui attire l'attention est le ReWalk, un exosquelette du bas du corps qui joue un rôle similaire à celui de la HAL. Le ReWalk utilise des moteurs de jambe à faible puissance pour aider à la mobilité tout en offrant une autonomie de 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 à un fauteuil roulant ou un scooter électrique.

Piles non incluses

FORTIS, qui vient de commencer les tests cette année, est le dernier exosquelette de Lockheed-Martin. Bien que la première série de tests soit menée par la Marine, cet exosquelette, contrairement à HULC, est destiné uniquement à un usage civil. Il renforce le corps de l'utilisateur, réduisant la contrainte de 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 avec une fatigue réduite. - Adam Miller, directeur des nouvelles initiatives, Lockheed-Martin

Bien qu'il manque de piles, FORTIS a des capacités impressionnantes. Il peut aider les utilisateurs à supporter jusqu'à 36 livres «sans effort». Cela peut ne pas sembler beaucoup au début, mais rappelez-vous que les mécaniciens utilisent de tels outils pendant des heures chaque jour. Tout poids important peut devenir fatigant après quelques minutes. L'exosquelette aide également à transférer ces charges au sol, réduisant ainsi la pression sur le dos et les jambes de l'utilisateur.

Ce type d'exosquelette, en cas de succès, pourrait être une aubaine majeure pour les travailleurs de la construction et de l'industrie qui doivent soulever des charges modestes à plusieurs reprises tout au long de la journée. Les blessures liées au travail sont encore courantes dans ces domaines et, au fil du temps, peuvent considérablement réduire la qualité de vie des vétérans de ces domaines.

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

Toujours humain, mais mieux

L'attention de l'exosquelette moderne est passée 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 ou plus forts qu'auparavant, mais plutôt de nous rendre plus durables et d'améliorer notre qualité de vie. Bien qu'elle ne soit pas glamour, cette approche a du sens; nous avons conquis le levage de charges lourdes avec le chariot élévateur.

Les blessures et l'épuisement, cependant, sont des ennemis que nous devons encore vaincre. Un soldat fatigué et blessé ralentira probablement toute son unité et sera moins capable de répondre aux menaces, et une estimation de 2013 a révélé des blessures au travail aux États-Unis seulement, coûte jusqu'à 250 milliards de dollars par an. La réduction de l'effort et l'augmentation de l'endurance peuvent profiter à tout le monde de l'infanterie au combat aux travailleurs de la santé déplacer les patients entre les lits, donc nous verrons probablement des exosquelettes continuer cette nouvelle approche dans les années à venir décennie. Les exosquelettes ne nous donneront pas une force surhumaine ou une vitesse fulgurante - du moins pas de si tôt. Mais ils nous aideront à vivre plus longtemps et mieux Comment la technologie peut influencer l'évolution humaineIl n'y a pas un seul aspect de l'expérience humaine qui n'ait été touché par la technologie, y compris notre corps même. Lire la suite .

Crédit d'image: Lockheed Martin, Cyberdyne