Caractérisation du couple d’assistance d’un exosquelette passif du membre supérieur

Les exosquelettes d’assistance des membres supérieurs sont principalement utilisés lors de tâches de manutention manuelle de charge, impliquant l’élévation, ou le maintien des bras en hauteur. Dans ces situations, ces technologies permettent de réduire significativement les contraintes musculaires à l’épaule, siège de nombreux troubles musculosquelettiques. Le principe de fonctionnement de ces exosquelettes, majoritairement passifs, repose sur la compensation de gravité par un mécanisme de restitution d’énergie (i.e. ressorts, élastiques). Du fait de cette conception, le niveau d’assistance varie donc en fonction de l’angle de flexion et/ou d’abduction de l’épaule. Certains dispositifs proposent un réglage du niveau d’assistance (i.e. raideur), permettant, théoriquement, de s’adapter aux contraintes relatives aux tâches réalisées et/ou à la morphologie de l’utilisateur. Toutefois, aucune information n’est fournie par les fabricants au regard du niveau effectif d’assistance (i.e. le couple mécanique appliqué par l’exosquelette au(x) membre(s) corporel(s) assisté(s)) en fonction des réglages possibles et de l’angle de flexion et/ou d’abduction de l’épaule. Caractériser les couples d'assistance et leurs variations au cours du mouvement semble donc être un prérequis fondamental pour évaluer les capacités mécaniques des exosquelettes et adapter leurs réglages aux opérateurs et aux tâches qu'ils doivent assister. A ce jour, seule une étude a caractérisé les relations couple/angle de différents exosquelettes passifs d’assistance des membres supérieurs (Watterworth et al., 2023). Toutefois, cette caractérisation a été effectuée en condition statique uniquement. L’objectif de la présente étude est par conséquent d’évaluer la relation couple/angle d’un exosquelette passif d’assistance du membre supérieur dans des conditions statiques et dynamiques, plus représentatives de situations réelles de travail. Les couples mécaniques générés par le PAEXO Shoulder V2 (Ottobock SE \& Co. KGaA, Duderstadt, Allemagne) ont été mesurés au moyen d’un ergomètre isocinétique HUMAC NORM (Computer Sports Medicine Inc., Stoughton, MA, USA) (Estrázulas et al., 2020). L’exosquelette a été testé avec 4 réglages du niveau d’assistance (minimal, maximal et 2 niveaux intermédiaires). Les couples ont été évalués sur une amplitude de 0° (i.e. flexion maximale) à 155° d’extension du bras de l’exosquelette, en statique, tous les 10°, et en dynamique (i.e. en flexion et en extension), pour 12 vitesses angulaires absolues allant de 20°/s à 240°/s. Cinq essais ont été réalisés pour chaque condition expérimentale. Les relations couple/angle ont été décrites à l’aide de fonctions de régression polynômiale. La caractérisation des relations couple/angle a montré que les niveaux d’assistance intermédiaires et minimal délivraient respectivement des couples maximaux de 80%, 63% et 48% par rapport au niveau d’assistance maximal. L’analyse comparative entre les conditions statique et dynamiques a mis en évidence que les couples mesurés étaient plus élevés en condition dynamique. Les couples mesurés en flexion étaient supérieurs à ceux en extension, induisant ainsi un phénomène d’hystérésis. En revanche, la vitesse angulaire n’a pas présenté d’effet sur la relation couple/angle. La caractérisation des relations couple/angle de cet exosquelette permet de connaître ses performances en termes d’assistance mécanique délivrée. Ces informations cruciales pour les utilisateurs aideront à adapter le réglage de ce dispositif en tenant compte à la fois de l’anthropométrie de l’utilisateur et des contraintes biomécaniques de la tâche de travail.