Grâce à des technologies comme la robotisation qu’on connait depuis plusieurs années, le domaine médical est fortement impacté. L’idée de créer des exosquelettes ne date pas d’hier. Par contre, depuis 1890, il existait déjà un brevet[1] sur le mécanisme d’aide aux travailleurs. Il s’agit d’un appareil passif dont les deux grandes lames de métal courbées, qui joignaient les pieds, encaissaient le choc de l’appui au sol et restituaient l’énergie au moment de l’impulsion. L’invention concerne un exosquelette de corps inférieur à électromyographie, destiné à l’amplification de force directe[2].
Premier essai de construction d’un exosquelette
Ralph Mosher est l’ingénieur américain qui a réussi de développer le premier prototype d’exosquelette motorisé, qui à cette époque-là, s’appelait « Hardiman[3] ». Celui-ci était une combinaison mécanique, composée de bras et de jambes, qui peut donner une force spectaculaire à celui qui l’utilise. Tel était le but principal de ce mécanisme.
L’équipement permettait de multiplier la force de son opérateur afin de lui permettre de lever des charges trop lourdes (jusqu’au 680kg). Hardiman s’était développé au sein d’une grande entreprise, très connu même à l’heure actuelle, qui est General Electric. Hardiman est notamment une solution pour beaucoup de travailleurs impliqués dans la construction des sous-marins, centrales nucléaires et d’autre tâches difficiles. Cependant, le mécanisme n’était pas assez efficient quand on pensait à combien-t-elle pesait. Donc, le seul problème pour faire vraiment développer l’exosquelette est son poids : trois quarts de tonne. Finalement, c’est la raison pour laquelle toutes les tentatives pour faire fonctionner correctement l’exosquelette motorisé ont abouti à un échec. Le manque d’une équipe, peut-être plus spécialisée dans l’ingénierie et la mécanique, n’a pu pas permettre de mettre en avance les solutions techniques à ce genre de problème technique : le mécanisme trop lourd pour être manipule par son operateur.
Quel est l’intérêt de développer un exosquelette ?
Les exosquelettes présentent un grand intérêt auprès des grands marchés basés sur les technologies innovantes et high-techs. Ces marchés ont connu un progrès croissant grâce à la croissance économique dans le domaine de la robotique. L’intérêt s’est bien manifesté depuis une soixantaine d’années. C’étaient les prévisions des experts qui ont prévu cette croissance très rapide du marché mondial, face aux revenus annuels qui pourraient dépasser 192 millions de dollars pour l’année 2018. Ainsi, les deux secteurs envisagés ont été d’un côté l’industrie dédiée à l’assistance de l’homme dans son travail quotidien, et de l’autre côté, la santé concentrée sur la réhabilitation de patients en cas de handicap.
Ils ont observé plusieurs phénomènes qui peuvent améliorer le développement de ce qu’on appelle les exosquelettes. Le plus significatif sera le vieillissement accentué de la population des pays développés. Par la suite, l’imposition, auprès du personnel réduit, d’une charge de travail plus intensive afin de gagner plus de compétitivité, qui sera de plus en plus utilisé. Enfin, l’adoption des exosquelettes représenterait une source considérable d’économie chaque année, grâce à la réduction des blessures des opérateurs.
D’ici 2025, le marché mondial de la robotique devrait atteindre 3,3 milliards dollars selon le Boston Consulting Group[4]. La croissance attendue de ce marché s’explique par les baisses de prix, la progression des salaires et les progrès technologiques continus. Actuellement, le premier marché mondial de robots industriels, représentant 30% de la demande, est la Chine. Mais cela n’est pas assez signifiant, alors qu’il est classé au 23e rang en termes de densité robotique. Ce pays a surtout l’ambition d’atteindre une densité robotique de 300 unités d’ici 2025, auquel cas il rattrapera des pays très automatisés, tels que l’Allemagne, le Japon, et dépassera les Etats-Unis. A court et moyen terme, la Chine constitue le principal moteur de croissance de ce marché. Cependant, l’automatisation est plus susceptible de suppléer et supporter le travail humain que de le remplacer, modifiant ainsi la nature du travail et libérant du temps qui peut être mis à profit pour poursuivre d’autres objectifs. En effet, d’après le McKinsey Global Institute, l’automatisation atteindra 30 % des tâches dans 60 % des postes d’ici 2050[5].
Quoi qu’il se passe, les entreprises ont tout intérêt à s’attaquer rapidement aux enjeux sociétaux liés aux progrès de la robotique dans la mesure où leur action influence également l’agenda politique et dessine ainsi le cadre dans lequel elles opèrent.
Les exosquelettes aujourd’hui
En 2019, sur le marché des exosquelettes, la majorité des machines sont passives. Cependant, le marché est en plein essor. Exhauss (France), Laevo (Néerlandais), Ekso Bionics ou StrongArm Technologies (USA), sont parmi les noms des plus connus au niveau mondial. Ce sont des exosquelettes opérationnels, passifs, et également commercialisés. Le choix optimal pour la plupart des secteurs industriels consacrés c’est le mécanisme partiel, pour la partie supérieure du corps. Alors, on distingue sur le marché, deux typologies d’équipements : exosquelettes médicaux, utilisés dans le domaine de la sante, et exosquelettes industriels, plutôt utilisés dans différentes industries. Chacun d’entre eux a ses particularités ainsi que ses objectifs spécifiques.
1. Les exosquelettes industriels
Basé sur l’idée d’une rééducation physique chez les personnes à mobilité réduite, l’équipement renforce la musculature de l’utilisateur, afin de porter des charges lourdes. Peut-être l’une des principales raisons de la commercialisation d’exosquelettes sera évidemment, le vieillissement de la population, notamment dans les pays développés. Par conséquent, le personnel dans les entreprises se réduit. Les exosquelettes répondent à cette nouvelle mutation de la société en améliorant les capacités physiques des travailleurs, les rendant ainsi plus performants. Cependant, le marché potentiel d’un tel équipement s’élèverait aujourd’hui à plus de 2,6 millions d’unités, selon ABI Research[6].
« Hercule[7] » est un projet français entre la Direction Départementale de l’Armement, la société française RB3D[8] (spécialisé dans l’assistance aux gestes), un laboratoire de robotique et une école d’ingénieurs. L’objectif de ce projet est d’accroitre les forces de celui qui l’utilise. Un intérêt militaire est évident comme avec l’assistance des unités terrestres dans leurs déplacements. Le dispositif est créé sous forme de jambes mécatroniques supportant une charge lourde sans aucun effort. Ce qui est très impressionnant à propos de cet appareil, c’est qu’il fonctionne sur batteries avec une autonomie de 20 km et une vitesse de 4 km/h.
Suite au succès d’Hercule, l’entreprise française RB3D souhaite diversifier sa gamme d’exosquelettes et investir le secteur de la logistique et préparation de commande. C’est un secteur demandeur de ce nouveau type de technologies : de grands groupes industriels comme de plus petites entreprises se montrent intéressés par les exosquelettes. La société DHL en est un bon exemple. Elle s’est équipée auprès d’Exhauss en exosquelettes mécaniques pour le haut du corps.
Le prototype d’exosquelette industriel a été introduit pour la première fois en 2017 dans l’entreprise Ford, dans le Michigan, pour donner de l’aide à ceux qui travaillent dans la production directe des voitures. Après une année plus productive, la firme dans le domaine automobile a décidé d’introduire au niveau global l’exosquelette bionique. Maintenant les travailleurs peuvent ramasser des objets lourds grâce à l’aide de « l’exosquelette-gilet », produit en partenariat avec l’entreprise Ekso Bionics (la seule entreprise qui offre des technologies pour aider les personnes avec des problèmes locomoteurs comme la paralysie, ou bien pour renforcer les capacités humaines des travailleurs). EksoVest[9] est présente dans plusieurs entreprises Ford dans le monde entier. Pourquoi Ford ? La fatigue produite au sein de l’entreprise avait conduit jusqu’à l’accident et la blessure depuis les années 2005 (accidents de travail ont chuté de 75%). C’est donc pour cela que Ford a décidé d’acquérir des produits qui permettent d’améliorer le travail de ses salariés.
2. Les exosquelettes médicaux
Une telle innovation correspond à un équipement articulé et adapté au schéma corporel. Pour ce type de dispositif, on en distingue deux différents : des exosquelettes d’assistance à l’effort, et des exosquelettes amplificateurs de force. A ce moment-là, il y a déjà 250 équipements similaires qui permettent à des paraplégiques, qui ont peut-être perdu l’usage de leurs jambes, de retrouver leur mobilité.
L’exosquelette d’assistance à l’effort est utilisé dans certains établissements de santé dans le cadre d’une rééducation physique. Il permet au patient handicapé, ou diminué physiquement, d’être assisté mécaniquement dans ses mouvements et ainsi d’exécuter des mouvements qu’il n’était plus, ou pas capable, de produire seul. Globalement, sa fonctionnalité est de permettre un regain d’autonomie pour la personne qui était en situation de mobilité réduite.
L’exosquelette amplificateur de force est principalement utilisé dans le cadre militaire et tend à se développer dans les métiers du bâtiment ainsi que dans le milieu médical. Le principe du fonctionnement est basé sur un mécanisme permettant de porter à mains nues une charge lourde avec grande précision. Son objectif est de faciliter les mouvements. Cependant, des meilleures performances ont été observées pour les exosquelettes motorisés, appelés aussi combinaisons robotiques.
Conclusion
Les exosquelettes sont bien plus qu’une invention pour prévenir et réduire les troubles-musculo-squelettiques. Ils permettent à toutes ces personnes ne pouvant plus marcher, une opportunité, de retrouver l’équilibre. Encore plus que quelques joysticks placés à disposition des mains pour contrôler l’engin, les chirurgiens et plus spécialement les scientifiques ont trouvé cette possibilité de refaire marcher des personnes grâce à des implants placés dans la zone du cerveau qui stimule les mouvements de nos membres. Cependant, le marché dédié à la robotique, notamment les exosquelettes, est en pleine croissance, et ça se voit avec chaque année qui passe.
La France est l’un des pays les plus spécialisés et développés déjà dans la fabrication et la commercialisation des robots coordonnés par l’action humaine, que ce soit dans le domaine industriel ou médical. De plus en plus, les entreprises pensent à utiliser de tels robots principalement pour augmenter leurs performances à long terme etde protéger leurs employées.
Par Denisa Apostol, promotion 2019-2020 du M2 IESCI
[1] « Le brevet protège une innovation technique, c’est-à-dire un produit ou un procédé qui apporte une solution technique à un problème technique donné ». (site officiel de l’INSEE, https://www.insee.fr )
[2] INPI Base de brevets , https://bases-brevets.inpi.fr/fr/document/WO2019191239.html?s=1572351223277&p=5&cHash=f7b5dacd46d63a395d74ea731a148411
[3] Histoire des exosquelettes, http://tpe-exosquelettes-handicap.e-monsite.com/pages/les-exosquelettes.html
[4] « Vivre parmi les robots », https://allnews.ch/content/points-de-vue/vivre-parmi-les-robots
[5] « Exosquelettes, imprimantes 3D…l’usine du futur intelligente », http://www.leparisien.fr/economie/exosquelettes-imprimantes-3d-l-usine-du-futur-devient-plus-intelligente-18-03-2019-8034414.php
[6] « Le marche de l’homme augmente en pleine expansion » , https://www.forbes.fr/technologie/exosquelettes-le-marche-de-lhomme-augmente-est-en-pleine-expansion/
[7] Site officiel du Ministère des Armées, https://www.defense.gouv.fr/actualites/economie-et-technologie/l-exosquelette-hercule-le-futur-a-nos-portes
[8] Site officiel RB3D, http://hercule.rb3d.com/
[9] « Ford invente “l’ouvrier augmente” équipé d’un exosquelette », https://www.lefigaro.fr/societes/2018/08/10/20005-20180810ARTFIG00121-ford-invente-l-ouvrier-augmente-equipe-d-un-exosquelette.php
