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TPE

Les

exosquelettes Les exosquelettes

ABELA Ilan HYGINUS Julien

MOUGEOLLE Antoine

PREMIERE S1

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SOMMAIRE

INTRODUCTION .................................................................................................................................................................................. 2

les exosquelettes des Insectes ......................................................................................................................................................... 3

Organisation de l'os ....................................................................................................................................................................... 6

Régulation du calcium sanguin .................................................................................................................................................... 7

Le role des muscles ....................................................................................................................................................................... 8

la contraction ................................................................................................................................................................................. 9

Organisation des articulations .................................................................................................................................................... 10

La mobilité du bras ...................................................................................................................................................................... 11

la complexité de cueillir une pomme ......................................................................................................................................... 12

Le mécanisme de la marche....................................................................................................................................................... 13

L’exosquelette mécanique .............................................................................................................................................................. 15

l’interface cerveau machine ....................................................................................................................................................... 15

Son rôle .................................................................................................................................................................................... 15

Son FONCTIONNEMENT .......................................................................................................................................................... 15

LES differentes ETAPES DE CE FONCTIONNEMENT .............................................................................................................. 15

LES DIFFERENTS TYPES D’EXOSQUELETTES ............................................................................................................................. 16

L’esxoquelette Hercule ........................................................................................................................................................... 16

EXOSQUELETTES WANDERCRAFT .......................................................................................................................................... 18

SON FONCTIONNEMENT ............................................................................................................................................................. 18

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INTRODUCTION

Depuis plusieurs années, les chercheurs tentent de réaliser l’exosquelette motorisé le mieux adapte à

l’Homme.

L’exosquelette motorisé, adapté à l’Homme est très peu répandu, mais pourtant bien réel. Dans cette

présentation nous tenterons de vous exposer les différents aspects, pratiques, technologique et

scientifique de ces nouveaux objets du quotidien. Pour ce faire nous étudierons plusieurs parties,

symbolisées par des questions nécessaires à la fabrication d’un exosquelette, toutes en lien avec une

problématique générale :

Comment l’Homme s’est inspiré des exosquelettes d’insectes

afin de palier a ces faiblesses ?

Attention :

Ce rapport contenant du vocabulaire scientifique, en cas de non-compréhension de certains termes

veuillez-vous référez au lexique.

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LES EXOSQUELETTES DES INSECTES

L’exosquelette ou cuticule est l’enveloppe rigide d’un arthropode (crustacé et insecte). Il protège

l’animal et sert d’accroche aux muscles permettant les mouvements, comme le squelette interne des

vertébrés. Les insectes se protègent dans un squelette externe lisse fait de chitine qui a pour formule

:C8H13NO5 ; un de ses composés naturels les plus communs sur la planète. Celle-ci es principalement

composée de glucide. C’est l’un des matériaux composites les plus rigide de nature, plus vigoureux que

les os et à égalité avec les cornes gainées de kératine. Les divers types de cuticules ne sont pas

homogènes et donc différents, de part leur origine, leur structure, leur fonction et leur composition

chimique. Comme celui de tous les arthropodes, le corps des insectes est donc revêtu de cette armure

dont les diverses parties sont unies entre elles par des membranes plus flexibles leur permettant une

mobilité relative. Il faut donc considérer ce revêtement comme un squelette cutané externe ; il est

formé essentiellement par une peau nommée hypoderme, qui est un tissu organisé, et dont l'épiderme

présente une consistance plus ou moins épaisse. A tous les joints de l'armure, l’hypoderme conserve

son état membraneux ; mais, dans toutes ses autres parties, elle s'incruste de chitine, vu

préalablement, résistant aux réactifs les plus puissants et ne se laissant même pas entamer par la

potasse caustique. A cette chitine, dont la formation est une des fonctions les plus remarquables des

cellules de l'hypoderme, viennent s'ajouter des productions organiques et des pigments qui donnent

aux téguments leur solidité et leur couleur. Tandis que, chez les Crustacés, des accumulations de sels

de chaux viennent encroûter la carapace et lui donner une consistance pierreuse. Chez les Insectes

une élasticité relative demeure toujours acquise aux tissus à cause de l'absence de ces éléments

minéraux.

Info Culturelle :

Le plus ancien fossile d’insecte date de 395 millions d’années. Certaines espèces n’ont presque pas

changé jusqu’à aujourd’hui, mis à part leur taille : certaines libellules pouvaient atteindre plus de 70

cm d’envergure !

On peut remarquer sur cette image que, contrairement aux fossiles de dinosaures dont il ne reste que

les os, la forme de la libellule est intacte : les insectes étant des animaux à squelette externe (ou

exosquelette).

Cette particularité permet de classer les insectes parmi les Invertébrés, et plus précisément dans

l’embranchement des Arthropodes (littéralement « aux pattes articulées »).

La cuticule forme un véritable squelette externe articulé grâce à l'existence de zones souples entre

différentes pièces. Des invaginations au niveau de certaines sutures forment des apodèmes sur

lesquels s'insèrent des muscles. Cette carapace impose un mode de croissance particulier par mues

successives.

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La cuticule est formée de différentes couches superposées qui sont, de l'extérieur vers

l'intérieur du corps :

L'épicuticule, couche très fine (1 micron) comprenant essentiellement des cires,

L'exocuticule,

L'endocuticule, qui avec l'exocuticule forme la procuticule.

Le placement de cuticule dans le teguments :

Coupe transversale du tégument du Criquet pèlerin, Schistocerca gregaria, au niveau des tergites abdominaux d'une larve

de dernier stade

(d'après S.R.A. MALEK, 1958).

e : épiderme,

ee : espace exuvial,

em : partie mélanisée de l'endocuticule,

en : endocuticule,

ep : épicuticule,

ex : exocuticule,

m : membrane basale,

me : membrane ecdysiale,

o : nocyte,

pe :endocuticule pré-exuviale.

CYP4G Une enzyme clé : CYP4G CYP4G

Si l’existence de cette protection d’hydrocarbures était déjà bien connue chez tous les insectes, son

mécanisme de formation, en revanche, n’avait encore jamais été élucidé. C’est désormais chose faite,

avec la publication, en septembre 2012, des résultats des travaux des chercheurs de l’Inra. En

collaboration avec l’Université Paris Sud et l’Université du Nevada, une équipe de l’Institut Sophia

Agrobiotech est parvenue à identifier l’enzyme responsable de la synthèse des hydrocarbures

protecteurs : CYP4G. Active à l’intérieur de grosses cellules spécialisées, nommées oenocytes, situées

à la surface de l’insecte, CYP4G est effectivement capable de réaliser des prouesses. Elle peut, à partir

de longues chaînes d’aldéhydes provenant des acides gras, ces graisses disponibles en grande

quantité chez tous les êtres vivants, fabriquer des alcanes ou des alcènes, ces fameuses molécules qui

rendent les insectes étanches. Pour cela, l’enzyme provoque la rupture d’une liaison carbone-carbone

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en bout de chaîne, une réaction chimique appelée décarbonylation, normalement très difficile à

effectuer.

Cette analyse de la structure du squelette externes des insectes, nous permet de suivre la démarche

de tous les scientifiques ayant tenté de comprendre le monde qui les entourent. Chez les insectes

cette « armure » ne sert que de protection, mais nous verrons que l’Homme se serviras lui de son

armure pour améliorer ces capacités. Mais avant il est important de comprendre comment fonctionne

le mouvement Humain et quelles en sont les caractéristiques.

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LE MOUVEMENT HUMAIN

Chaque mouvement nécessite des interactions entre muscles et squelette. Sous les ordres du système

nerveux, les muscles se raccourcissent et mobilisent les os sur lesquels ils tirent. La plupart de ces

mouvements sont effectués sans même que nous y pensions. Pourtant, ils sont d'une extraordinaire

précision et totalement coordonnés, de telle sorte qu'il nous est possible de danser ou de tourner les

pages d'un livre.

ORGANISATION DE L'OS

Comme les autres organes l'os est desservi par des vaisseaux sanguins et lymphatiques, et traversé de

nerfs. Il se compose pour un tiers des fibres de collagène, résistantes aux étirements, et pour deux

tiers des sels minéraux, essentiellement du phosphate de calcium. Au fil de la croissance, ces

matériaux s'organisent pour supporter le poids du corps. A l'âge adulte, les os sont faits d'une couche

externe d'os compact entourant l'os spongieux, plus léger. Cet os compact, le tissu le plus solide après

l'émail dentaire, est recouvert à l'extérieur par une membrane contenant des vaisseaux : le périoste.

Vu au microscope, l'os est un ensemble de piliers parallèles appelés ostéons, formés de couches

concentriques. Les fibres de collagène s'étirent en diagonale entre ces couches, changeant de

direction de l'une à l'autre pour résister aux forces de torsion. Au centre de chaque ostéon, un canal

contient les nerfs et les vaisseaux. Entre les cercles concentriques se trouvent des ostéocytes, les

cellules qui fabriquent l'os. Chaque ostéocyte a son petit espace personnel et communique avec

d'autres ostéocytes par de fins prolongement qui permettent de transférer l'oxygène, de la nourriture et

des déchets à travers de petits trous. La façon dont se disposent les ostéons, le long de l'os,

conditionne la disposition de l'os spongieux, selon des lignes qui renforcent la solidité de l'ensemble

sans en augmenter le poids.

Os spongieux, source INSERM Coupe d'os source encyclopédie Larousse

Même quand il a cessé de grandir, l'os continue de se modifier. Ce processus, dit de remodelage,

débute dès la petite enfance. Les efforts et les pressions subies par l'os modifient sa forme en

stimulant l'action de deux types de cellules osseuses : les ostéoclastes, qui démantèlent l'os vieilli, et

les ostéoblastes, qui fabriquent de l'os neuf. Leurs actions s'équilibrent. Les ostéoclastes adhèrent à la

surface de l'os, sécrètent des enzymes qui digèrent le collagène et des acides qui "cassent" les sels de

calcium. Ils s'enfoncent profondément dans l'os et les tunnels qu'ils creusent sont envahis de cellules

parmi lesquelles des ostéoblastes activés. Suivant les ostéoclastes, ils déposent de l'os "neuf" derrière

leur passage. Puis, ils deviennent des ostéocytes, chargés de maintenir en bon état l'os nouveau. Au

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fur et à mesure que le tunnel se creuse, des capillaire sanguins y poussent pour apporter oxygène et

nourriture aux deux équipes de démolition et de construction.

REGULATION DU CALCIUM SANGUIN

Le calcium est indispensable au bon déroulement de nombreuses fonctions, comme les contractions

musculaires, la transmission des signaux nerveux, la coagulation sanguine et les divisions cellulaires.

Or 99% du calcium est stocké dans les os. Si son niveau sanguin baisse, l'hormone parathyroïdienne

(PTH) est sécrétée par les glandes parathyroïdes pour stimuler l'activité des ostéoclastes. A l'inverse,

quand le niveau s'élève, la calcitonine, sécrétée par la glande thyroïde, inhibe les ostéoclastes et

encourage la production osseuse.

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LE ROLE DES MUSCLES

Les muscles se raccourcissent sur commande, s'étirent quand nécessaire puis reviennent à leur

longueur initiale. Leur architecture interne est hypersophistiquée. Ce sont des ensembles de faisceaux,

chaque faisceau étant lui-même un ensemble de cellules appelées fibres. Chaque fibre se présente à

son tour comme un paquet de baguettes parallèles appelées myofibrilles. Et chaque myofibrille se

compose d'un ensemble de filaments également parallèles entre eux. Les filaments les plus épais sont

constitués d'une protéine "motrice", la myosine, et les plus fins d'une autre protéine, l'actine. Ces

filaments sont disposés en petits segments appelés sarcomères. Chaque fibre est reliée à un neurone

moteur par une synapse spéciale, la jonction neuromusculaire. Quand un signal arrive du cerveau ou

de la moelle épinière, l'axone libère des neuromédiateurs qui induisent des modifications électriques

de la membrane musculaire transmises via un pli de cette membrane aux filaments d'actine et de

myosine dont l'interaction engendre la contraction musculaire.

Schéma d’un muscle squelettique

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Organisation d’un neurone et jonction neurone fibre musculaire

La terminaison nerveuse

LA CONTRACTION

Une molécule de myosine ressemble à deux clubs de golf lié l'un a l'autre. Il y en a environ deux cents

dans un filament. Leurs têtes jumelles se lient à un endroit spécifique sur le filament d'actine, à

condition de ne pas être bloquées par la tropomyosine, une protéine spiralée en forme de ficelle.

Même quand le muscle est au repos, les têtes de myosine sont prêtes à l'action, activées par la

transformation d'ATP en ADP et phosphate. Quand le nerf transmet un ordre de contraction, du calcium

est libéré et se lie à la tropomyosine qui déclenche l'exposition des sites de liaison. Dès lors, chaque

tête de myosine activée peut se lier, en pont, avec un filament d'actine. Ainsi commence une séries

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d'actions répétitives. Les têtes se courbent vers le centre du sarcomère, attirant l'actine. A ce moment,

l'ADP et le phosphate sont libérés par la myosine pour être recyclés. Puis, une nouvelle molécule d'ATP

se lie à la tête de myosine pour lui faire "lâcher" la molécule d'actine. De nouveau l'ATP dégradée en

ADP et phosphate réactive la tête de myosine, prête à se lier au site suivant, parcourant ainsi un

chemin de proche en proche, tout au long du filament d'actine. Cette succession de ponts qui se font et

se défont raccourcit les sarcomères et entraine les contractions musculaires. Quand les stimulations

nerveuses cessent, les ions calcium s'en vont, la tropomyosine bloque les sites de liaison et le muscle

se repose.

ORGANISATION DES ARTICULATIONS

Les articulations font la jonction entre deux os, conçues pour résister à l'écrasement et à la déchirure,

elles possèdent un système de glissement des os les uns contre les autres, presque sans frottement.

La stabilité d'une articulation dépend en partie de sa capsule fibreuse, très résistantes, qui solidarise

les os. La plupart des capsules sont renforcées par des bandelettes de tissu riche en collagène, les

ligaments. Dans l'articulation, les surfaces osseuses sont recouvertes de cartilages lisse et séparées

par un espace qui sécrète du liquide synovial, épais comme du blanc d'œuf. Entre les mouvements, le

liquide imprègne les cartilages et pendant le mouvement, il en est expulsé comme l'eau d'une éponge

qu'on essore, pour lubrifier les surfaces cartilagineuses en contact. Faire bouger les os et le travail des

muscles qui s'insèrent de part et d'autre d'une articulation par des extensions de collagène, les

tendons. Quand un muscle se contracte, il devient plus gros et plus court et tire sur ses attaches. Au

niveau du bras, par exemple, le biceps s'étend du haut du bras à l'avant-bras en enjambant le coude à

l'intérieur. La contraction du biceps fléchit l'avant-bras sur le bras. Comme les muscles ne savent rien

faire d'autre que tirer, ils ont tous un antagoniste qui tire dans le sens inverse.

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LA MOBILITE DU BRAS

Le bras est particulièrement libre dans ses mouvements, grâce aux caractéristiques de l'épaule,

notamment. Son articulation est la plus mobile du squelette. En contrepartie, c'est aussi la moins

stable. Elle est formée par la tête de l'humérus, en forme de boule, emboitée dans une cavité peu

profonde de l'omoplates, minces et triangulaires, forment la ceinture scapulaire qui relie les bras au

reste du corps. C'est une ceinture légère, contrairement au bassin, car elle n'a pas à supporter la

même charge. Seules les clavicules sont reliées à l'axe principal par une vraie articulation. Les deux

omoplates bougent librement, maintenues en place uniquement par des muscles. Cela donne une

grande mobilité à l'épaule. Divers tendons et ligaments, dont le tendon du biceps, enjambent

l'articulation de l'épaule pour renforcer sa stabilité et éviter que la tête de l'humérus ne "saute" trop

facilement hors de son logement. Trois petits ligaments encerclent la capsule pour la renforcer et au-

dessus, des ligaments plus forts supportent le poids du bras. Des neuf muscles qui s'insèrent sur la

ceinture scapulaire et l'humérus, quatre forment la coiffe des rotateurs, en charge de la stabilité de

l'articulation. Sur leur trajet, leurs tendons se confondent avec la capsule et la renforcent.

La ceinture scapulaire

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Le bras se composent de trois os long : l'humérus, qui va de l'épaule au coude, suivi du radius et du

cubitus, qui relient le coude à la main. La souplesse de l'épaule combinée à la trentaine d'articulations

du bras et de la main, permet au membre supérieur une incroyable variété de mouvements. Mais

aucune action n'est le fait d'un seul muscle.

Les os du bras

LA COMPLEXITE DE CUEILLIR UNE POMME

Partout dans le corps, les muscles travaillent ensemble ou en opposition. Pour cueillir une pomme, par

exemple, deux des muscles qui surmontent l'articulation de l'épaule se contractent pour propulser le

bras en avant. Deux autres plient le coude à l'approche de l'objectif. Puis, des muscles de l'avant-bras

se contractent pour que les doigts cueillent la pomme. Mais ce n'est pas tout...Chaque fois qu'un

groupe de muscles initie une action, un autre groupe se relâche plus ou moins pour laisser faire cette

action et donner plus de précision au geste. Ainsi, pour saisir la pomme, une autre paire de muscle fait

tourner le radius autour du cubitus pour que la paume de la main soit en face de la pomme. Les

muscles du dos de l'avant-bras entrent en jeu pour étendre les doigts et permettent à la main de lâcher

la pomme.

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Les muscles antagonistes

LE MECANISME DE LA MARCHE

En station debout, le poids se répartir au-dessus des hanches. En cas de chute vers l'avant,

instinctivement, on lève une jambe pour rétablir l'équilibre. Ainsi débute la marche. Progressivement, le

cerveau de l'enfant apprend l'enchainement des contractions musculaires qui lui éviteront de tomber la

tête la première. La marche comprend deux étapes : la phase d'appui, les deux pieds au sol, et la

phase de balancement, lorsqu'un pied se soulève et dépasse l'autre. Nous démarrons en phase

d'appui, la hanche lance la première jambe en avant, tandis que l'autre se raidit, fermement plantée au

sol devenant la jambe arrière. Le quadriceps de la première jambe se contracte tandis que les muscles

en avant du tibia relèvent le pied et les orteils afin qu'ils ne trainent pas sur le sol. Dès que le pied se

pose devant, l'autre pied soulève son talon. Derrière la cuisse, les muscles de la jambe arrière se

contractent, fléchissant le genou. Ceux du mollet poussent l'avant du pied vers le bas, nous mettant

sur la pointe du pied et levant le talon. C’est ainsi que la marche nous propulse en avant, puis devient

course lorsque le rythme de ce mouvement s'accélère. Les deux pieds travaillent alors en même temps

et l'élasticité des tendons donnent l'impression que nous sommes montés sur ressorts.

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Cette analyse du corps humain et de sa mise en mouvement nous permet de relever tous les caractères à

prendre en compte lors de la fabrication d’un exosquelette mécanique. Il est important de se comprendre avant

de tenter de s’améliorer.

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L’EXOSQUELETTE MECAN IQUE

L’INTERFACE CERVEAU MACHINE

Une interface cerveau-machine (ICM) désigne un système de liaison directe entre un cerveau et un

ordinateur, permettant à un individu d’effectuer des tâches sans passer par l’action des nerfs

périphériques et des muscles. Ce type de dispositif permet de contrôler par la pensée un ordinateur,

une prothèse ou tout autre système automatisé, sans solliciter ses bras, mains ou jambes. Le concept

remonte à 1973 et les premiers essais chez l’homme datent du milieu des années 90.

SON ROLE

En cours de développement dans différents laboratoires à travers le monde,

L’interface cerveau-machine (ICM) sont des dispositifs qui devraient permettre à des personnes

souffrant de handicaps majeurs de retrouver une certaine autonomie. Les individus tétraplégiques ou

atteints du locked-in syndrome (le patient pense, mais il ne peut bouger que les paupières) pourraient

par exemple contrôler un exosquelette grâce la pensée pour se déplacer, des personnes amputées

pourraient contrôler les mouvements de leur prothèse par la pensée, des personnes ayant perdu la

parole pourraient parler via un ordinateur, toujours grâce à la pensée… Les applications potentielles

sont nombreuses, y compris pour les personnes en bonne santé avec par exemple le domaine des jeux

vidéo.

SON FONCTIONNEMENT

La structure d’une ICM comprend un système d’acquisition et de traitement des signaux cérébraux, un système

de classification puis de traduction de ces signaux en commande (écriture sur écran, mouvement de fauteuil

roulant ou de prothèse...). Concrètement, l’utilisateur focalise son attention sur une stimulation extérieure de

son choix, ou bien imagine effectuer un mouvement. Cela génère une activité cérébrale caractéristique et

mesurable à l’aide de capteurs. Ces signaux sont transmis à un ordinateur qui les analyse pour en extraire les

données utiles, puis les transforme en commande pour la machine (prothèse, exosquelette, fauteuil roulant,

interface logicielle, voix artificielle…). Ces systèmes fonctionnent le plus souvent en boucle fermée (ou boucle de

rétroaction), permettant à l’utilisateur de progresser dans la maîtrise de l’ICM. L’utilisateur observe le résultat de

sa commande cérébrale, puis adapte sa pensée, affinant peu à peu la précision de l’action produite par le

système. Les recherches s’inspirent aussi des algorithmes d’apprentissage automatique pour rendre la machine

adaptative et capable d’affiner son interprétation des activités cérébrales de l’utilisateur au cours du temps.

L’utilisation de ces interfaces n’est pas toujours intuitive et la phase d’adaptation et d’apprentissage peut être

longue pour parvenir à maîtriser l’outil. Certaines études estiment que la part de la population qui ne peut

réussir à contrôler les systèmes actuels pourrait atteindre 30%. Ceci explique en partie pourquoi, malgré les

récents progrès de ce domaine de recherche, ces applications ne sont pas encore disponibles sur le marché.

LES DIFFERENTES ETAPES DE CE FONCTIONNEMENT

La première étape nécessaire au fonctionnement d’une ICM consiste à enregistrer l’activité

cérébrale. Le plus souvent, des électrodes sont placées sur le crâne, sur le cortex ou dans le cerveau,

afin d’enregistrer les signaux électriques émis par les neurones à l’occasion d’une pensée particulière.

Il existe ainsi trois modes d’enregistrement :

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a) Invasif : Une grille d’électrodes est implantée dans le cortex. Elle enregistre les signaux d’une

population de neurones avec une très grande précision spatiale, mais cette méthode est encore

associée à un risque de complications et de perte de signal à long terme. Elle n’a été jusqu’ici testée

que chez un très faible nombre de patients volontaires, aux Etats-Unis.

b) Semi-invasif : Une grille d’électrodes est placée sous la dure-mère, la membrane qui entoure le

cerveau juste sous la boîte crânienne. La résolution spatiale est un peu moins bonne qu’avec une

implantation dans le cortex, mais les risques de complication sont moindres et des applications

médicales sont rapidement envisageables. Une équipe française (Clinatec, Grenoble), a récemment

développé un implant de ce type (Wimagine), composé de deux lots de 64 électrodes sans fil.

c) Non-invasif : Le patient porte un casque en tissus équipé de multiples électrodes pour mesurer

l’électroencéphalogramme (EEG). La résolution spatiale est limitée et la durée d’enregistrement ne

dépasse guère la journée. Toutefois ce système est peu cher, facile d’utilisation et permet d’envisager

de nombreuses applications, y compris pour le grand public. De fait, c’est aujourd’hui le mode

d’enregistrement le plus utilisé.

LES DIFFERENTS TYPES D’EXOSQUELETTES

L’ESXOQUELETTE HERCULE

LA MANIPULATION DE CHARGES

Dans l’industrie, la manipulation des charges est une des tâches les plus fréquentes et dans le cas des

charges légères, souvent peu assistée. Rapide et simple d’emploi, un robot RB3d est une excellente

solution pour manipuler les charges légères jusqu’à 100 kg. Après une définition claire de votre besoin,

notre bureau d’études saura concevoir le meilleur préhenseur pour votre application. En fonction du

poids et de l’application nous proposons plusieurs technologies

On néglige beaucoup l’impact sur la santé du port récurrent de charges inférieures à 10 kg. La

combinaison avec une fréquence élevée est une source fréquente de risque TMS. C’est le cas du

chargement de machine, de l’assemblage ou de la préparation de commandes.

UNE UTILITE CIVILE ET MILITAIRE

Dans le secteur civil, on peut d’abord penser au monde hospitalier Les finalités de ce prototype sont le

port et la manipulation de charges lourdes. Il s’adresse, qui a de gros besoins. Pouvoir porter sans

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peine les brancards, les patients… Imaginez, en cas de catastrophe naturelle, la vitesse et l’efficacité

que l’on peut gagner ! Les pompiers pourraient déblayer plus rapidement, apporter le matériel de

secours là où les véhicules ne peuvent pas passer. Les armées s’intéressent évidemment de près à

ces nouvelles technologies. Quelques adaptations sont nécessaires afin de pouvoir utiliser le système

dans les conditions particulières imposées par ce domaine. Hercule est donc étudié pour résister à la

boue, à l’eau, à la poussière ainsi qu’aux risques d’impacts. Il est conçu pour être utilisable en

extérieur, dans des zones accidentées, et sous des climats différents de ceux que l’on connaît en

France, afin d’être projetable sur les théâtres d’opérations lorsque ce sera envisagé. Là encore, les

exemples ne manquent pas. La manipulation de munitions, de caisses de matériel en terrain

accidenté impose des gestes extrêmement éprouvants pour les servants à l’heure actuelle.

LES DIFFERENTS TYPES DE DECLENCHEURS

LES DECLENCHEURS ELECTRIQUES

Les déclencheurs électriques : Un moteur électrique contrôlé par une puce est connecté à

l'exosquelette (hanche, genou). Des batteries suffisent à l'alimenter mais ce système est peu puissant

et fragile.

LES DECLENCHEURS PNEUMATIQUES

Les déclencheurs pneumatiques : Un tuyau convertit le gonflage en traction. Ce système peut soulever

400 Kg pour une taille de 40mm mais nécessite deux pièces par articulation.

LES DECLENCHEURS HYDRAULIQUES

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Une pompe pousse de l'huile dans un vérin. Un piston y fournit au choix une poussée ou une traction.

Ce système est d'une grande puissance mais est très lourd.

EXOSQUELETTES WANDERCRAFT

Ceci est l’Atalante le premier exosquelette capable de se stabiliser et de permettre à l’utilisateur de

marcher sans béquilles ni joystick. Sa rupture mécanique motorisé doté de 12° de liberté adapté à

une démarche antromorphe a été développée.

SON FONCTIONNEMENT

L’exosquelette utilise l’équilibre dynamique de l’utilisateur afin de le stabiliser et lui permettre de

commander ses déplacements. Le mouvement du buste enclenche la marche, à l’image du Segway.

Néanmoins, la différence principale réside dans l’utilisation d’un algorithme de marche

sophistiqué. L’utilisateur est initialement en position droite au repos. Se pencher en avant actionne

l’exosquelette, qui rentre dans une phase de marche. Quand l’utilisateur cesse de se pencher en

avant, l’exosquelette termine le pas entamé et se stabilise au repos.

SON UTILITE

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Wandercraft offre une solution qui s'adapte, en premier lieu, aux besoins des personnes atteintes de

maladies neuromusculaires, notamment de la maladie de Charcot-Marie Tooth, ainsi qu'aux personnes

souffrant de "paraplégies basses", immobilisées. Wandercraft maintient un effort de recherche et

développement constant afin de pouvoir étendre les fonctionnalités de l'exosquelette à d'autres

pathologies. Une des prochaines étapes de développement consiste à intégrer la capacité de moduler

l'effort fourni par l'exosquelette, pour y ajouter un aspect rééducatif à usage thérapeutique. Mettre au

service des personnes à mobilité réduite la robotique humanoïde et les exosquelettes, tel est le but. Il

récupère l’usage de ses jambes, mais perd en partie celui de ses mains." Wandercraft a donc planché

sur un exosquelette de jambes motorisé, avec une structure externe articulée que l’on attache aux

membres inférieurs. Objectif : offrir la possibilité à son utilisateur de se lever, s’asseoir, marcher dans

toutes les directions et de monter quelques marches en toute autonomie.

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CONCLUSION

L’Homme depuis son apparition, s’est inspiré de son environnement afin de subvenir à ces besoins.

Aujourd’hui c’est ce principe de bio-mimétisme que les scientifiques tentent d’appliquer. Ce rapport

nous permet de conclure que à travers l’observation des insectes et de lui-même l’Homme à pallier à

ses imperfections. La technologie des exosquelettes fait partie de l’avenir, et sera certainement très

répandue, voir banalisées dans quelques années. Elle pourra être utilisée dans de nombreux

domaines, notamment dans la santé. Comment l’Homme de demain pallieras à ses nouvelles

faiblesses ? Comment répondras-t-il à ces besoins ? Tant de questions, auxquelles seul l’avenir peut

répondre.

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LEXIQUE Exosquelette : Formation squelettique animale externe (coquille des mollusques, carapace des

arthropodes, etc.) dont la face interne sert de surface d'attache aux muscles.

Matériaux composites : Matériau formé de plusieurs composants élémentaires dont l'association

confère à l'ensemble des propriétés qu'aucun des composants pris séparément ne possède.

Kératine : La kératine est une protéine particulièrement riche en cystine (variété

d’acides aminés soufrés constitué de cystéine entrant dans la composition de nombreuses protéines

comme l’albumine ou l’insuline), très fréquente chez l’homme, mais également chez les animaux, et

possédant de nombreuses qualités dont sa résistance.

Potasse caustique : Hydroxyde de potassium, solide blanc, fondant à environ 380°, de densité 2,044,

basique et très soluble dans l’eau.

Tégument : Ensemble des tissus et des formation organiques (peau, poils, plumes, carapaces, écailles,

etc…) qui constituent le revêtement externe du corps de l’Homme et des animaux.

Chaux : Oxyde de calcium solide, blanc, caustique (chaux vive) obtenu le plus souvent par calcination

de la pierre à chaux ou calcaire et susceptible de se transformer par hydratation en hydroxyde de

calcium pulvérulent (chaux éteinte)

Vaisseaux lymphatiques : Les vaisseaux lymphatiques ont pour rôle de transporter la lymphe (liquide

jaunâtre qui contient les globules blancs et dans lequel baignent les cellules) des tissus vers

les artères et les veines en passant par les ganglions lymphatiques, qui la filtrent. Les deux principaux

vaisseaux lymphatiques sont le canal lymphatique droit (2 cm) qui relie la moitié droite de la tête et le

bras droit, et le canal thoracique (40 cm) qui relie le côté gauche de l'abdomen à la base du cou.

Collagène : Protéine la plus abondante du corps humain, responsable de la cohésion des tissus

Fibres de collagène

Pa

ge2

2

Phosphate de calcium : Les phosphates de calcium sont des solides blanchâtres, ils composent la

partie minérale de l'os et des dents. On trouve également du phosphate de calcium dans le plasma

sanguin, et le cytoplasme.

Forces de torsion : La torsion est la sollicitation subie par un corps soumis à l'action d'un couple de

forces opposées agissant dans des plans parallèles et dont l'élément de réduction est un moment de

force agissant dans l'axe de la poutre.

Coagulation : La coagulation définit la transformation d'une substance de l'état liquide à l'état plus ou

moins solide.

Calcitonine : La calcitonine est une hormone sécrétée par la glande thyroïde et qui a pour principaux

effets de diminuer la calcémie (et la phopshorémie). Elle est sécrétée lorsque le taux de calcium dans

le sang est trop élevé. Elle agit à la fois sur l'intestin en augmentant ses capacités d'absorption et en

diminuant l'excrétion du calcium, sur l'os en bloquant son élimination et sur le rein en favorisant son

passage dans les urines. La calcitonine a des effets opposés à une autre hormone, l’hormone

parathyroïdienne sécrétée par les glandes parathyroïdes. Une augmentation de la calcitonine peut

provenir d'un cancer de la thyroïde, mais aussi être signe d'autres cancers généralisés. La calcitonine

synthétique peut être utilisée comme traitement de certaines affections comme l'ostéoporose ou

l'hypercalcémie.

Neuromédiateurs : Un neurotransmetteur (ou neuromédiateur) est une molécule chimique qui assure

la transmission des messages d'un neurone à l'autre, au niveau des synapses. La molécule libérée par

un neurone lors d'une stimulation se fixe à un récepteur sur un autre neurone, ce qui entraîne la

transmission de l'influx nerveux, ou à un récepteur sur une cellule cible, ce qui entraîne divers effets

dans un organe. Exemples de neurotransmetteurs : l'acétylcholine, l'adrénaline, la noradrénaline, la

dopamine, la sérotonine, l'histamine, le glutamate, les neuropeptides...