Dans cet article de blog, nous explorerons les tendances de développement et les principes de fonctionnement des robots portables, ainsi que des exemples de recherche provenant de Corée et de l'étranger.

Pourquoi les robots portables ne sont plus un avenir lointain

Quand on entend le terme « robot portable », on pense souvent à des personnages de films comme « Iron Man » ou « RoboCop ». Sous l'influence de cette culture populaire, les robots portables peuvent encore sembler relever de la science-fiction futuriste, mais en réalité, diverses applications pratiques sont déjà testées dans les secteurs militaire, industriel, médical et social. Par exemple, lors du coup d'envoi de la Coupe du monde 2014 au Brésil, un jeune homme paraplégique a été filmé en train de taper dans un ballon grâce à un robot de rééducation spécial ; ce dispositif utilisait un système qui détectait les signaux cérébraux pour contrôler les mouvements de ses jambes.

BLEEX : une première tentative de système d'exosquelette

L'un des premiers exemples commerciaux et de recherche de robots portables est BLEEX, un exosquelette militaire pour le bas du corps développé à l'UC Berkeley en 1994. BLEEX a été conçu pour réduire considérablement la fatigue physique de l'utilisateur lors du port de charges lourdes grâce à des actionneurs hydrauliques au niveau des articulations de la hanche, du genou et de la cheville. D'après les résultats de la recherche, le système a été conçu de manière à ce que, même avec une charge d'environ 80 kg, la force transmise à l'utilisateur soit limitée à environ 2 kg. Pour détecter les mouvements de l'utilisateur, plus de 40 capteurs ont été déployés, et le système a été structuré pour maintenir l'équilibre grâce à l'échange de données en temps réel entre ces capteurs.

Classification des exosquelettes : d’assistance vs. d’augmentation

Les systèmes d'exosquelettes se classent généralement en deux catégories selon leur finalité : les exosquelettes d'assistance et les exosquelettes d'augmentation. Les exosquelettes d'assistance sont conçus pour faciliter les activités quotidiennes des personnes âgées ou handicapées ; ils assistent directement l'utilisateur en lui fournissant un soutien musculaire pour lui permettre de se déplacer. À l'inverse, les exosquelettes d'augmentation amplifient la force de l'utilisateur, lui permettant ainsi d'effectuer des tâches exigeantes dans des secteurs tels que l'armée et l'industrie lourde. De nombreux systèmes actuellement en phase de commercialisation ou de recherche appartiennent principalement à la catégorie des exosquelettes d'assistance, comme par exemple le HULC de Berkeley Bionics, la série HyPER développée par des chercheurs sud-coréens et le Cowalk de KAIST.

Limites des exosquelettes et tendance à la conception allégée

Les exosquelettes traditionnels présentent l'inconvénient d'être encombrants et lourds, car chaque articulation doit être équipée d'un actionneur et de capteurs pour détecter l'angle et le déplacement. De plus, leur structure complexe augmente les coûts de fabrication et réduit le confort d'utilisation. Pour remédier à ces problèmes, les recherches récentes s'orientent vers la simplification de la structure, la réduction de l'encombrement et du poids, ainsi que la diminution des coûts de production. Autrement dit, on observe une tendance croissante à utiliser des mécanismes simples – tels que des câbles et de petits moteurs – au lieu de gros actionneurs à chaque articulation, ou à améliorer le confort d'utilisation grâce à des matériaux et des conceptions qui le rendent plus agréable.

Exo-Glove : Conception et fonctionnement d'un robot portable de type gant

L'Exo-Glove, un robot portable de type gant développé par le Laboratoire de bio-robotique de l'Université nationale de Séoul et d'autres chercheurs, illustre parfaitement cette tendance à la simplification et à la légèreté. Ce dispositif est conçu pour être porté comme un gant afin d'assister les personnes souffrant de troubles neurologiques, par exemple, qui ne peuvent pas bouger leurs doigts, tout en préservant la structure osseuse naturelle de la main. Le principe repose sur l'utilisation de fils, de petits moteurs et d'éléments élastiques pour plier et étendre les doigts, plutôt que sur des actionneurs articulaires individuels lourds et complexes.
Plus précisément, plusieurs guides-fils sont installés sur la paume et des guides-fils en forme de U sont positionnés au bout des doigts. Deux guides-fils, côte à côte, sont placés sur la première articulation de chaque doigt. Un fil élastique est installé sur le dos de la main pour maintenir cette dernière à plat ; une extrémité de ce fil est reliée au bout du doigt et l’autre à l’actionneur. Lorsque l’actionneur est inactif, les fils situés sur la paume sont détendus et la main reste à plat grâce à l’élasticité du fil élastique sur le dos de la main.
Lorsque l'utilisateur tente de saisir un objet, le dispositif d'entraînement raccourcit les câbles situés du côté de la paume ; les câbles élastiques situés sur le dos de la main s'étirent alors, ce qui provoque la flexion des doigts et permet la saisie de l'objet. Ces câbles peuvent être actionnés simultanément par un moteur ou individuellement pour déplacer des doigts spécifiques, offrant ainsi un contrôle partiel.

Conclusion et défis futurs

En résumé, la technologie robotique portable a dépassé le stade de la science-fiction pour entrer dans le domaine des applications concrètes. Elle est utilisée non seulement en réadaptation et en médecine, mais aussi dans les secteurs militaire et industriel. À l'avenir, les principaux atouts concurrentiels résideront dans des structures plus légères et plus confortables, des conceptions économiques et des technologies de contrôle capables d'interpréter avec précision les intentions de l'utilisateur. Bien que la Corée du Sud soit arrivée plus tard sur ce marché que les leaders mondiaux, elle peut néanmoins devenir très compétitive grâce à des conceptions légères et simplifiées, ainsi qu'à des interfaces centrées sur l'humain.
En relisant cette première version, je constate que, malgré une explication relativement détaillée du fonctionnement des gants robotisés, l'ajout de précisions techniques – comme le rôle de chaque composant et les caractéristiques physiques des actionneurs et des capteurs – serait utile non seulement au grand public, mais aussi aux personnes ayant un intérêt technique. Dans le prochain article, j'approfondirai le fonctionnement de chaque composant des gants, présenterai des exemples d'applications concrètes et analyserai les retours d'expérience des utilisateurs.