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18 septembre 2019
Tour d'horizon sur les exosquelettes, remèdes contre les TMS
Exosquelette, robot industriel, cobot ! De quoi parle-t-on ? Signifiant littéralement « squelette extérieur au corps », l’exosquelette est une structure mécanique revêtue par un opérateur afin de l’assister physiquement et accroitre sa capacité physique.
Il fait partie de la panoplie des technologies d’assistance physique tels que les robots industriels (figure 1) et les cobots (figure 2).
Ce dernier, (robot collaboratif) complète les interventions du travailleur au sein du même espace de travail alors que le robot industriel possède une zone limitée, protégée par des barrières sécurisées. Les avantages d’un exosquelette (figures 3 et 4) sont la mobilité de l’opérateur et l’adaptation à des tâches complexes et couteuses à automatiser. Ils sont surtout adaptés aux activités nécessitant des gestes répétés, des postures inconfortables et des séquences de manutention de charges lourdes.
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| Figure 1 – Robot industriel protégé par des grillages (Satech Safety Technology) |
Figure 2 – Cobot KUKA |
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| Figure 3 – Exosquelette pour le membre supérieur (Skelex 360) | Figure 4 – Exosquelette utilisé dans l’industrie automobile (BMW) |
Une innovation récente ?
Si l’essor des exosquelettes est assez récent, le premier prototype remonte, semble-t-il, à l’année 1890 au cours de laquelle un ingénieur russe N. Yagn a déposé un brevet américain pour un appareil améliorant les déplacements (marche, saut et course (figure 5).
En 1965, General Electric lance son projet « Hardiman », une machine capable de soulever 680kg destinée notamment à charger les bombes à bord des porte-avions mais excessivement lourde et difficilement contrôlable (figure 6).
A partir des années 2000, la défense américaine octroie un budget pour élaborer des exosquelettes afin de maximiser les capacités des soldats lors de la manutention des charges lourdes et leur déplacement (figure 7).
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| Figure 5 – Prototype d’exosquelette datant de 1890 | Figure 6 – Le projet “Hardiman” prototype d’exosquelette datant de 1965 | Figure 7 Human Universal Load Carrier HULC |
Le développement technologique constant permet de réaliser des améliorations en termes de poids, fiabilité et autonomie. L’apparition de l’Intelligence Artificielle devrait encore élargir les applications possibles.
Des applications diverses !
Le déploiement des exosquelettes est très vaste (figures 8 à 10). Les secteurs qui y trouvent un potentiel sont diversifiés : industrie automobile, construction, agriculture, logistique, défense et médecine… Les services médicaux de revalidation concernant les lésions de la moelle épinière utilisent de plus en plus les exosquelettes pour améliorer les problèmes de coordination, d’équilibre, de paralysie, de sensibilité et de force musculaire des patients.
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| Figure 8 -Exosquelette «Ekso » utilisé dans l’industrie automobile | Figure 9 – Exosquelette« Laevo » utilisé en horticulture | Figure 10 – Exosquelette “Rewalk” utilisé en médecine de revalidation |
Les catégories d’exosquelettes
De nombreux modèles d’exosquelettes sont disponibles sur le marché et sont classés selon leurs caractéristiques.
Le mode d’assistance comporte deux catégories :
- les exosquelettes actifs (également appelés Robots d’Assistance Physique ou RAP) qui utilisent un entrainement externe (moteur) électrique, pneumatique, hydraulique…
- les exosquelette passifs (également appelés Dispositifs d’Assistance Physique ou DAP). Ils comportent des amortisseurs, ressorts et élastiques qui stockent l’énergie récoltée par le mouvement de l’utilisateur ou la pesanteur et l’utilisent pour maintenir une posture ou faciliter un mouvement. Plus légers, ils sont pratiques et utilisables dans de petits espaces.
Une autre différence entre les exosquelettes réside dans la zone corporelle supportée :
- l’exosquelette corps entier (ou full body) (figure 11)
- l’exosquelette membres supérieurs (figure 12)
- l’exosquelette dos (figure 13)
- l’exosquelette membres inférieurs (figure 14)
De multiples combinaisons sont possibles parmi ces catégories. Il existe également des exosquelettes semblables à des gants et destinés uniquement à la main.
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| Figure 11 – Exosquelette corps entier (Daewoo) | Figure 12 – Exosquelette membre supérieur (Shoulder Suit X) |
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| Figure 13 – Exosquelette Dos (Laveo) | Figure 14 – Exosquelette-chaise (Noonee) |
Un objectif : réduire les TMS
Les Troubles Musculo-Squelettiques (TMS) concernent une part croissante du monde du travail. En 2015, l’enquête de la Fondation européenne pour l’amélioration des conditions de travail a montré que 46% des travailleurs se sont plaints de douleurs dorsales et 44% de problèmes aux membres supérieurs. Ces chiffres sont en nette augmentation depuis le début des enquêtes (respectivement 30% et 17% en 1997). Les courbes des données de l’absentéisme suivent ces tendances.
La mise sur pied d’exosquelettes performants correspond à une attente légitime des travailleurs, employeurs et préventeurs pour réduire l’ampleur du problème. Les politiques de protection de la santé, de réduction de l’absentéisme et du turn-over et de retour au travail trouveront sans doute des pistes de solution parmi ces dispositifs.
Jean-Philippe Demaret
Conseiller en prévention ergonome
Licencié en kinésithérapie et en éducation physique
Plus d'informations
Bibliographie
- Atain Kouadio JJ., Theurel J. 13 juin 2017. L’aire des exosquelettes : comment l’entreprise doit s’y préparer ? Forum régional sur la prévention des TMS de la Carsat Centre-Val de Loire
- Atain Kouadio JJ., Kerangueven L., Turpin-Legendre E. Décembre 2018. Acquisition et intégration d’un exosquelette en entreprise – Guide pour les préventeurs INRS ED 6315
- Atain Kouadio JJ., Sghaier A. octobre 2017. Les robots et dispositifs d’assistance physique: état des lieux et enjeux pour la prévention. INRS NS 354
- de Looze M. P., Bosch T., Krause F., Stadler & Leonard K. S., O’Sullivan W. 2015. Exoskeletons for industrial application and their potential effects on physical work load, Ergonomics
- Theurel J., Claudon L., octobre 2018. Exosquelettes au travail : impact sur la santé et la sécurité des opérateurs. INRS ed6311
- Theurel J., Desbrosses K., Roux T., Savescu A. – Physiological consequences of using an upper limb exoskeleton during manual handling tasks. Applied Ergonomics, 2018, 67, Supplement C, pp. 211-217
- Stephen Fox Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy, Espoo, Finland Olli Aranko Terveystalo, Helsinki, Finland, and Juhani Heilala and Päivi Vahala Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy, Espoo, Finland. Exoskeletons Comprehensive, comparative and critical analyses of their potential to improve manufacturing performance.
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