L’armée américaine teste des bottes robotisées et intelligentes

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Le Sergent-major Luke Blum, équipé des ExoBoot. | Neil Adams
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L’armée américaine teste actuellement une paire de bottes, baptisée Dephy ExoBoot, qui pourrait bientôt permettre aux soldats de transporter facilement des sacs à dos lourdement chargés sur de longues distances, sans se fatiguer. Selon l’armée, le prototype est capable d’analyser la démarche de son porteur afin de l’assister en conséquence.

Cela fait plusieurs années que les chercheurs de l’armée exploitent les nouvelles technologies pour toujours mieux répondre aux problématiques de terrain et optimiser les performances des troupes. Avec cette invention, ils franchissent un nouveau cap : étendre les capacités physiques humaines au moyen d’un exosquelette. Mais le concept ne s’arrête pas là. Il s’agit surtout d’analyser comment les humains et les systèmes autonomes s’adaptent les uns aux autres.

Par le passé, les soldats ont dû faire face à des phases d’apprentissage plus ou moins laborieuses pour s’adapter aux nouvelles technologies destinées à optimiser leurs performances. Mais ici, c’est la technologie qui s’adapte : les bottes fonctionnent en totale synchronisation avec le soldat. « Pour une performance optimale de l’équipe, l’humain et l’agent [intelligent] doivent s’adapter rapidement l’un à l’autre, ainsi qu’à l’évolution de la dynamique opérationnelle et des objectifs », souligne le Dr J. Cortney Bradford, chercheuse au laboratoire de recherche de l’U.S. Army Combat Capabilities Development Command (DEVCOM).

Imager l’activité cérébrale liée aux déplacements

L’ExoBoot est en effet doté d’un ordinateur interne et de capteurs, qui collectent des informations sur la manière d’aider au mieux le porteur. Le but étant de détecter des signaux cérébraux, des signaux musculaires, des profils de mouvement et des mesures de performance de marche, qui permettent de suivre l’état global de l’individu lorsqu’il interagit avec son exosquelette. Cette étude a en réalité un double objectif : « Cela améliorera notre compréhension de la façon dont les humains s’adaptent aux systèmes intelligents. Mais ces signaux véhiculent aussi des informations qui pourraient être utilisées pour aider à former l’agent », explique Bradford.

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Pour développer le dispositif, les chercheurs ont recruté une vingtaine de volontaires, dont quelques soldats. Ils ont placé plus de 40 points réfléchissants sur diverses parties du corps des participants, pour mesurer leurs déplacements via le système optique de suivi de mouvement du laboratoire ; près de deux heures ont été nécessaires pour placer l’ensemble des capteurs, de la tête aux pieds, en incluant plus de cinq muscles de chaque jambe. Les chercheurs ont également fixé 128 électrodes, développées au sein de la Cognition and Neuroergonomics Collaborative Technology Alliance, sur le cuir chevelu des participants pour mesurer les signaux cérébraux.

capteurs exoboot
Les capteurs de l’Exoboot aident les chercheurs de l’armée à suivre et à enregistrer l’état des soldats au cours de leurs déplacements. © Neil Adams

Ainsi équipés, les participants à l’essai ont été invités à marcher sur un tapis roulant pendant environ une heure — sans, puis avec l’Exoboot, à des fins de comparaison. Les signaux cérébraux recueillis ont permis d’obtenir une neuro-imagerie haute fidélité de tous les déplacements, y compris dans des scénarios complexes tels que marcher tout en apprenant à utiliser les bottes adaptatives. Le dispositif a été conçu pour aider son porteur au niveau de l’articulation de la cheville lorsqu’il effectue des tâches physiques difficiles, telles que marcher avec un sac à dos lourdement chargé. « Pour les adultes en bonne santé, marcher est une tâche relativement facile, mais pour un soldat portant une lourde charge, l’avantage vient de l’aide à la conservation de l’énergie », explique Bradford.

Un exosquelette qui prend ses propres décisions

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Il faut bien comprendre que l’Exoboot n’est pas directement contrôlé par son utilisateur, ni par un quelconque opérateur humain tiers. Il dispose d’un ordinateur interne qui sert de contrôleur, et qui est capable de déterminer par lui-même quand et comment aider son porteur. Les divers capteurs et l’apprentissage automatique reposant sur des modèles de comportement humain lui permettent de prendre les décisions adéquates.

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La version actuelle de l’Exoboot ne fournit qu’une assistance pendant la marche, elle doit donc déterminer si l’utilisateur marche ou non (tout en éliminant les autres mouvements possibles, tels que la course, le saut ou la danse), puis calculer où se trouve l’utilisateur dans son schéma de marche afin de fournir une assistance appropriée. Cette assistance chronométrée est basée sur les changements de démarche provoqués par la fatigue de l’utilisateur, la vitesse de marche, le transport de charge ou même le changement de terrain. « Comprendre les mécanismes et les facteurs qui prédisent et façonnent l’adaptation mutuelle et stable entre les humains et les agents adaptatifs à travers le temps est essentiel », souligne Bradford.

Ce projet s’inscrit dans un domaine de recherche plus large du laboratoire du DEVCOM, qui vise à intégrer l’intelligence artificielle aux humains pour permettre aux équipes de survivre et de fonctionner dans des environnements complexes. On ne sait pas encore si l’ExoBoot est capable d’atténuer le stress lié au transport de lourdes charges à pied. Les chercheurs prévoient d’analyser les données au cours des prochains mois et de les présenter au cours de l’été. Il faudra en effet un certain temps à l’équipe pour comprendre les signaux neuronaux enregistrés lors des essais, notamment parce que la procédure est relativement nouvelle. « Nous n’avons pas beaucoup de données de comparaison », pointe Bradford. À plus long terme, l’objectif est d’identifier les données biométriques critiques, afin de les intégrer au système de commande de l’Exoboot.

Source : U. S. Army

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