Des chercheurs coréens ont développé un système robotique portable capable de tisser en continu et automatiquement des « muscles » textiles ultra-fins. Composés de micro-fils en alliage à mémoire de forme, ces muscles pourraient soulever des charges comprises entre 10 et 15 kilogrammes tout en ne pesant que 10 grammes, offrant ainsi une amplitude de mouvement optimale. Ce dispositif pourrait, à terme, soutenir les patients atteints de maladies neuromusculaires.
Les maladies neuromusculaires, telles que la dystrophie musculaire de Duchenne, entravent l’autonomie et altèrent profondément la qualité de vie. Le déclin progressif des fonctions musculaires conduit à une dépendance accrue envers les aides-soignants ou les proches, ce qui affecte considérablement l’estime de soi et le bien-être psychologique des patients.
Différentes technologies ont été proposées pour pallier ces difficultés, notamment des dispositifs d’assistance robotique et de rééducation. Ces technologies visent soit à restaurer la motricité, soit à améliorer l’autonomie des patients, tout en allégeant la charge de travail des soignants.
Le soutien des muscles de l’épaule est particulièrement crucial, car les maladies neuromusculaires comme la dystrophie de Duchenne affectent prioritairement les muscles proximaux. Or, contrairement à d’autres groupes musculaires, ceux de l’épaule sont indispensables à la réalisation de gestes quotidiens tels que manger, se laver ou s’habiller. Leur amplitude de mouvement importante et leur capacité à effectuer des rotations complexes contre la gravité rendent leur assistance particulièrement délicate.
Des technologies d’exosquelettes de bras ont déjà été développées pour soutenir la fonction de l’épaule chez des patients en rééducation après un traumatisme ou une intervention chirurgicale. Si ces systèmes présentent un potentiel thérapeutique notable, ils demeurent souvent encombrants et inconfortables, limitant leur usage à des environnements hospitaliers plutôt qu’à un emploi domestique.
Afin de surmonter ces défis, des chercheurs du Centre de recherche en robotique avancée de l’Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM) ont conçu un système musculaire robotique portable, intégré aux vêtements, à la fois léger et capable de supporter de lourdes charges. « Notre développement d’une technologie de production de masse en continu pour les muscles textiles — composant clé des robots portables de type vêtement — pourrait améliorer la qualité de vie dans des domaines comme les soins de santé, la logistique ou la construction », explique, dans un communiqué, Cheol Hoon Park, chercheur principal au Centre de recherche en robotique avancée du KIMM.
10 à 15 kg de charge pour seulement 10 g de muscle textile
Le système développé par l’équipe comprend un tisseur automatisé capable de produire en continu et automatiquement des muscles textiles constitués de fils en alliage à mémoire de forme de seulement 25 micromètres d’épaisseur, soit plus fins qu’un cheveu humain. Les chercheurs du KIMM avaient déjà conçu une bobine de tissage pour ce type de muscles, mais l’utilisation d’un fil métallique limitait alors la flexibilité des tissus et compliquait le tissage automatisé.
Pour résoudre ce problème, ils ont remplacé la bobine métallique par une fibre naturelle et ont repensé à la fois le procédé de fabrication des muscles et la conception de la machine à tisser. Cette approche permettrait une production de masse stable et en continu de muscles textiles. Grâce à cette nouvelle méthode, l’équipe a fabriqué des muscles pesant à peine 10 grammes, capables de soulever des charges comprises entre 10 et 15 kilogrammes.
Les robots portables conventionnels sont, eux, conçus pour soutenir les articulations (coude, épaule, genou, taille, etc.) à l’aide de moteurs ou d’actionneurs pneumatiques souvent lourds, bruyants et encombrants — des caractéristiques qui limitent leur utilisation prolongée. Les actionneurs destinés aux épaules sont particulièrement complexes à concevoir, en raison de la grande amplitude de mouvement nécessaire à leur bon fonctionnement.
Les actionneurs du système de Park et de ses collègues sont, en revanche, à la fois légers et flexibles, ce qui leur permettrait d’épouser la forme naturelle d’articulations complexes comme l’épaule tout en les soutenant activement. Selon l’équipe, il s’agirait du premier système robotique portable de type vêtement, pesant moins de deux kilogrammes, capable de soutenir simultanément le coude, l’épaule et la taille. L’ensemble réduirait de 40 % l’effort musculaire requis pour des tâches physiques répétitives.
Conception préliminaire d’un exosquelette d’assistance à l’articulation de l’épaule souple et simple, doté d’un muscle en tissu tissé avec un fil ressort en alliage à mémoire de forme. © Seong Jun Park et al.Plus de 57 % de gain de l’amplitude de mouvement
Pour évaluer l’efficacité de ce nouveau système, les chercheurs ont mené un essai clinique sur des patients atteints de déficience musculaire, notamment de dystrophie musculaire de Duchenne, à l’hôpital universitaire national de Séoul (SNUH). Les résultats — publiés dans la revue IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering — indiquent qu’en soutenant l’épaule, le robot a permis une amélioration de plus de 57 % de l’amplitude de mouvement.
Au-delà de l’aide aux personnes souffrant de déficience musculaire, cette technologie pourrait également être utilisée dans les métiers manuels pour alléger la charge de travail et accroître la productivité. Par ailleurs, sa capacité de production continue de muscles textiles de haute qualité favoriserait sa commercialisation et son déploiement industriel.
« Nous continuerons à nous appuyer sur les vastes technologies de robotique portable du KIMM pour accélérer la commercialisation et devenir un acteur majeur du marché mondial de la robotique portable », conclut Park.