Titan Arm, un exosquelette imprimé en 3D qui rend plus fort

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Une équipe de l’université de Pennsylvanie a conçu un exosquelette pour les membres supérieurs capable de démultiplier la force de traction d’un bras. Titan Arm, fabriqué avec une technique d’impression 3D, pourrait aider des manutentionnaires mais aussi servir à la rééducation de personnes blessées. Cette innovation vient de remporter le James Dyson Award et une récompense de 48.000 euros.

Le 11/11/2013 à 09:38 - Par Marc Zaffagni, Futura-Sciences

Harnachée avec l’exosquelette Titan Arm, une personne peut soulever jusqu’à 18 kg en plus de sa force naturelle. © Université de Pennsylvanie

Les exosquelettes ont fait d’immenses progrès ces dernières années, au point de pouvoir être contrôlés par la pensée, d'augmenter les performances des soldats, des secouristes et des infirmières, ou encore d’assister les personnes âgées. Mais cette technologie reste encore très onéreuse, ce qui freine sa diffusion. Les choses vont peut-être changer grâce aux travaux d’une équipe de chercheurs et d’étudiants de l’université de Pennsylvanie. Ils ont mis au point un exosquelette pour les membres supérieurs en ayant recours à l’impression 3D pour la fabrication des pièces en plastique, et à l’usinage CNC (c'est-à-dire avec des machines-outils numériques) pour les parties en aluminium. Cela a permis d’arriver à un coût de production très bas, de l’ordre de 2.000 dollars (un peu moins de 1.500 euros), là où d’ordinaire ce type d’appareillage peut valoir dix fois cette somme.

Baptisé Titan Arm, l’exosquelette se compose d’un système motorisé au niveau du coude qui peut augmenter la force de traction naturelle de 175 newtons, soit environ 18 kg. Il se destine à l’assistance pour les travaux de force, mais également à la rééducation fonctionnelle. Cette innovation vient d’être distinguée par le premier prix du James Dyson Award et une bourse de 48.000 euros. Ce concours annuel, organisé par l’inventeur de l’aspirateur sans sac James Dyson, récompense une invention qui « résout un problème ». En l’occurrence, le Titan Arm a retenu l’attention en raison de sa technique de fabrication à bas coût.

L’exosquelette Titan Arm est conçu à partir d’un support dorsal métallique comme ceux utilisés pour soutenir les bouteilles de plongée sous-marine. Ses pièces mécaniques ont été fabriquées en aluminium (usinage CNC) et en plastique par impression 3D. Une technique qui a permis de maintenir un coût de fabrication exceptionnellement bas pour ce type d’appareil. © Université de Pennsylvanie, YouTube

Titan Arm s’enfile comme un sac à dos

L’équipement est conçu comme un sac à dos, à partir d’un support en métal qui est utilisé pour maintenir les bouteilles de plongée sous-marine. Cela apporte la rigidité nécessaire au fonctionnement de l’exosquelette, qui transfère le poids soulevé vers ce support. Ce dernier reçoit les servomoteurs, les batteries ainsi que l’électronique embarquée.

L’exosquelette se fixe à partir de l’épaule et jusqu’au poignet, avec un jeu d’articulations qui offrent une totale mobilité au bras. L’ensemble pèse neuf kilos et l’autonomie de la batterie est de huit heures. Le mécanisme motorisé est actionné par un jeu de câbles qui manœuvrent la poulie, située au niveau du coude. Un engrenage à cran d’arrêt permet de verrouiller la position du bras, ce qui peut servir pour déplacer un objet pesant. L’exosquelette pourrait ainsi aider les travailleurs qui font de la manutention de charges lourdes, afin d’éviter les blessures et autres traumatismes musculosquelettiques.

Un projet qui deviendra open source

Le Titan Arm peut aussi être utilisé à des fins thérapeutiques, pour aider à la rééducation de personnes blessées ou victimes d’un AVC. Le mécanisme peut appliquer une résistance afin d’aider la personne à faire travailler ses muscles. Autre avantage, grâce à des capteurs, l’exosquelette peut enregistrer et transmettre via une liaison Wi-Fi toutes les données relatives à l’amplitude et à la force des mouvements. Des informations précieuses dont les médecins se servent pour évaluer les progrès de leurs patients.

Grâce à la récompense du James Dyson Award, l’équipe de l’université de Pennsylvanie va poursuivre le développement du Titan Arm. L’exosquelette est actuellement contrôlé à l’aide d’une manette de type joystick, mais l’objectif est d’adapter un système de contrôle à partir des ondes cérébrales ou des contractions musculaires. Il est également question d’ajouter un second bras. De plus, les concepteurs du Titan Arm souhaitent rendre ce projet open source et publier les plans d’impression 3D afin que la communauté scientifique puisse le faire évoluer.