Bien qu'aux prémices de leur développement, ils comptent parmi les avancées techniques et mécaniques les plus porteuses d'avenir, ils fascinent dans le monde entier et touchent l'ensemble de la société : ce sont les exosquelettes. Il s'agit de structures porteuses pour les organismes tels que les hommes. Appelé aussi squelette externe, l'exosquelette ne fait pas directement partie intégrante du corps porteur, mais soutient et intensifie ses mouvements à l'aide d'une force mécanique. L'exosquelette, au regard de ses caractéristiques fondamentales, s'inspire des orthèses que l'on utilise depuis déjà longtemps en médecine pour stabiliser et soulager certaines zones du corps. Grâce aux progrès de la robotique et de la technologie des capteurs, de nouveaux modèles voient constamment le jour et le spectre d'applications de l'exosquelette s'étend ainsi aujourd'hui bien au-delà du seul domaine médical.

Structure et fonctionnement : les exosquelettes actifs et passifs

Du point de vue de leur structure et de leurs composants, les exosquelettes se divisent en deux catégories : celle des structures porteuses actives et celle des structures passives. Les exosquelettes passifs supportent le corps porteur uniquement au moyen de composants mécaniques tels que des ressorts, des rails et des poids ; ils ne disposent d'aucun entraînement à commande active. Les contraintes sont supportées par la structure porteuse et transformées en énergie ou évacuées dans le sol. Les exosquelettes actifs en revanche disposent, en plus de leurs éléments mécaniques, de composants actifs d'entraînement qui contribuent de surcroît à réduire la force et la contrainte. Dans ce contexte, les plus utilisés sont les réducteurs elliptiques Harmonic Drive AG des séries CSD et SHD, associés à des moteurs électriques très compacts. Selon le modèle, des capteurs y sont intégrés afin d'informer en amont les actuateurs de l'exosquelette des mouvements suivants de la personne. Les étapes du mouvement peuvent être commandées au moyen de tensions musculaires, lesquelles sont enregistrées par des capteurs. Ou bien, les mouvements peuvent être commandés par le biais d'une console de commande. Qu'ils soient actifs ou passifs, les exosquelettes présentent des avantages et des inconvénients. Alors que les modèles sans entraînement électrique ne sont reliés à aucune alimentation en énergie, les structures porteuses actives doivent, en raison de leurs composants, être alimentées en énergie au moyen de batteries ou d'accumulateurs. Le cas échéant, ces dernières ne peuvent être utilisées de manière continue ; les exosquelettes actifs sont en outre nettement plus lourds que les passifs. Cependant, les modèles actifs offrent à ceux qui les portent une aide plus importante et peuvent ainsi les soulager d'une plus grande charge par rapport aux structures passives. Au final, c'est l'utilisation qui permettra de déterminer de la pertinence des avantages et des inconvénients respectifs.

Les exosquelettes, une référence pour la médecine et la société de demain

L'exosquelette est voué à jouer un rôle important et prometteur, dans le domaine médical en particulier. Les propriétés et fonctions de protection du corps et de soutien de la structure dans sa forme basique sont ici d'une grande importance ; elles aident les personnes handicapées à effectuer les mouvements de tous les jours, à recouvrer une liberté de mouvement et à satisfaire les besoins existentiels. Dans le cadre d'essais cliniques, certains exosquelettes sont conçus spécifiquement et équipés pour répondre aux besoins médicaux des patients souffrant de handicaps divers. Cela montre bien que dans le domaine médical l'exosquelette n'a pas pour objet principal d'améliorer en totalité des facultés existantes, mais de récupérer des facultés que les malades ont pu perdre à cause de la maladie. L'importance de l'exosquelette se perçoit nettement, surtout lorsque l'on observe le développement de la société. L'augmentation de l'espérance de vie et l'évolution démographique représentent aujourd'hui déjà des défis pour la médecine, l'économie et la science. La médecine aura ici un rôle particulier à jouer, car même avec l'âge, l'homme ne doit pas renoncer à la mobilité et à sa liberté de mouvement fondamentale. Les progrès innovants en matière d'exosquelettes ne concernent donc pas uniquement le contexte médical, mais également la société dans son ensemble. Les exosquelettes sont surtout connus comme structures porteuses pour personnes handicapées. Ils leur permettent de se tenir debout et de marcher et apportent tous les avantages qui en découlent tels que le retour de l'indépendance, la communication à hauteur d'yeux et surtout une meilleure circulation sanguine, en particulier dans les jambes.

Les applications dans l'industrie et l'armée

Par ailleurs, l'exosquelette trouve aussi des applications dans le domaine industriel et ses tâches contraignantes d'un point de vue physique. Les structures externes viennent dans ce cas assister l'homme dans ses tâches. Que ce soit sur la ligne de montage, dans l'atelier ou à la livraison de marchandises, les employés mettent souvent leur corps à rude épreuve lorsqu'il doivent soulever, porter et travailler avec des poids dans la durée. Dans l'industrie, les exosquelettes, à l'aide de leur système électronique, leurs capteurs et mécanismes, renforcent et facilitent le travail des personnes qui les portent en reproduisant les mouvements. Ils empêchent ainsi les troubles éventuels - principalement au niveau du tronc et du dos - et augmentent l'efficacité au travail. Certaines entreprises du secteur de la logistique, mais aussi de l'automobile ont déjà recours aux exosquelettes actifs et passifs. Au regard de l'industrie 4.0 et du développement technologique de la production industrielle, les exosquelettes illustrent le besoin d'allier l'homme à la machine. Il n'est pas uniquement question de rendre plus efficace et plus productif le travail de l'homme grâce à la technologie, mais d'apporter une dimension positive sur la santé, et ce, dans la durée. Les applications militaires se rapprochent de celle de l'industrie en ce sens que le développement se concentre principalement sur le transport de lourdes charges. En outre, les soldats et les militaires seront aidés des exosquelettes en cas de situations dangereuses ou encore lors de marches en terrains impraticables. Aujourd'hui, les prototypes ne sont certes pas comparables aux modèles issus de la science-fiction, toutefois la soif d'innovation est inarrêtable et l'on peut s'attendre à ce que les exosquelettes et armures se recoupent de plus en plus à l'avenir. Dans le futur, de nouvelles possibilités d'utilisation des exosquelettes devraient voir le jour. En 2014 par exemple, des recherches ont été effectuées sur un concept qui avait pour but de créer un squelette externe ou une structure porteuse pour les sapeurs-pompiers. On peut aussi imaginer que les exosquelettes de tous types pourront par exemple être utilisés dans d'autres domaines comme celui de l'aide à la personne, le bâtiment ou d'autres professions pénibles d'un point de vue physique.