Vêtements de puissance: exosquelettes au travail |E & Amppt Magazine

Il y a plus de 50 ans, l'ingénieur de General Electric et pionnier de la robotique, Ralph Mosher, a présenté un article technique révolutionnaire lors du Congrès d'ingénierie automobile de 1967 à Détroit, aux États-Unis, décrivant sa vision de l'utilisation et du développement des exosquelettes.

"L'homme et la machine peuvent être combinés en une unité intime et symbiotique qui fonctionnera essentiellement comme un système marié", a-t-il écrit. « Le contrôle adaptatif et réflexe de l'homme peut être transmis directement à un mécanisme de sorte que le mécanisme réponde comme s'il était une extension naturelle de l'homme. ...De plus, les environnements qui sont normalement hostiles à un humain n'affectent pas la machine.

À l'époque, c'était une vision noble, mais que Mosher a travaillé dur pour réaliser. "Mosher a été l'un des premiers pionniers des exosquelettes, travaillant aux côtés des forces armées américaines pour rapprocher les machines du corps", explique Chris Hunter, vice-président des collections et des expositions au Museum of Innovation and Science de New York. "Ensemble, ils ont co-développé" Hardiman "- un exosquelette composé de deux combinaisons, une combinaison de maître qui contrôlait une combinaison d'esclave également portée par l'utilisateur."

La combinaison d'esclave était alimentée par l'hydraulique et l'électricité et amplifiait la force du porteur par un facteur de 25, de sorte que soulever 110 kg donnerait l'impression de soulever 4,5 kg. Malheureusement, la combinaison elle-même pesait 680 kg et le temps de réponse était incroyablement lent, tout comme sa vitesse de marche. De plus, des bugs auraient causé « des mouvements violents et incontrôlables de la machine » lors du déplacement simultané des deux jambes. Il n'est donc pas surprenant que ces défis aient mis fin au projet Hardiman en 1971.

Beaucoup de choses ont changé depuis ces premières avancées. "Il y a eu une explosion de l'innovation dans les domaines de la biomécanique, des prothèses, de la robotique et des systèmes de contrôle, des interfaces homme-machine, des effecteurs finaux, des sous-systèmes mécatroniques et de la gestion de l'alimentation", explique Kristi Martindale, chef de produit de la société technologique américaine Sarcos Robotics. "Ces développements ont conduit au fil du temps à la viabilité commerciale des technologies d'exosquelette."

"Les exosquelettes sont également devenus plus légers, plus efficaces et capables d'imiter plus fidèlement les mouvements comme la démarche humaine", ajoute Marc Carrel-Billiard, directeur général principal et responsable de l'innovation technologique chez Accenture, une multinationale de services professionnels. "Cela les rend plus sûrs et plus pratiques que jamais."

En conséquence, il y a eu une prolifération de nouvelles sociétés d'exosquelettes au fil des ans. "Nous existons depuis le tout début, mais aujourd'hui, il y a plus de 80 entreprises d'exosquelettes dans le monde qui essaient toutes de résoudre des facteurs humains complexes avec des exosquelettes", explique Michael Pratt, vice-président de la société californienne Ekso Bionics.

Cet effort mondial devrait conduire à une véritable croissance du marché. ABI Research prédit que le marché des exosquelettes robotiques atteindra 1,8 milliard de dollars américains en 2025, contre 68 millions de dollars en 2014. Il passera ensuite à 11,5 milliards de dollars d'ici 2030, les exosquelettes industriels à moteur complet représentant près de 50% de ce montant. "Ce sont des chiffres importants et mettent vraiment en évidence la taille de l'opportunité de marché pour les exosquelettes", déclare Martindale.

Cette croissance s'accompagnera de cas d'utilisation élargis, en particulier dans des secteurs tels que la construction et la fabrication, où les employés transportent et transfèrent de lourdes charges et se déplacent de manière répétitive.

"Les blessures au dos sont actuellement la deuxième cause d'absence au travail aux États-Unis et ont un impact économique estimé à 100 milliards de dollars par an", déclare Carrel-Billiard. "Les exosquelettes fournissent au travailleur plus de force, d'agilité et d'endurance et peuvent lui permettre de soulever des objets lourds, réduisant ainsi la charge globale sur le personnel. Pendant ce temps, les exosquelettes passifs - ceux qui ne nécessitent pas d'alimentation externe - sont une option rentable pour réduire la fatigue physique et peuvent être mis à la disposition de milliers d'employés.

« Travailler sur des chantiers de construction est un travail physiquement exigeant », ajoute Saskia Duch, chef de produit régional Hilti pour l'Europe du Nord. « Il existe de nombreuses tâches que les travailleurs effectueront tout au long de la journée et qui peuvent avoir un impact négatif sur leur confort, leur santé et leur sécurité. Le système d'exosquelette fournit le bon niveau de soutien pour effectuer ces applications plus confortablement, ce qui entraîne moins de fatigue et empêche d'autres tâches d'être entravées. L'exosquelette est également conçu pour résister aux environnements où la poussière est présente, ce qui est un facteur important pour maintenir la productivité et la sécurité des chantiers.

C'est exactement dans ces scénarios que plusieurs entreprises font de réels progrès. La Chairless Chair de Noonee, par exemple, aide les utilisateurs à rester accroupis ou debout dans la même position pendant de longues périodes.

"Le Chairless Chair 2.0 est désormais la troisième génération de produits et a été continuellement développé en coopération avec des constructeurs automobiles renommés", explique Katrin Hoffmann, porte-parole de Noonee. "L'exosquelette redirige 64 % du poids corporel porté par les pieds et soulage les tensions sur le dos. C'est ce qui rend la Chairless Chair si spéciale. Les exosquelettes pour le haut du corps soutiennent l'aspect de la force, mais le poids supplémentaire de l'exosquelette doit être porté par le corps. La chaise sans chaise, d'autre part, transfère la majeure partie du poids via les jambes de l'exosquelette au sol.

La solution de Hilti, quant à elle, se concentre sur les applications aériennes. "L'exosquelette est un ajout unique à la gamme de produits Hilti et offre aux clients une assistance de niveau supérieur en termes de réduction de la fatigue et de la douleur causées par le travail sur des applications en hauteur", explique Duch. "Il a été conçu avec le bon équilibre entre puissance de soutien, liberté de mouvement et confort afin que les clients puissent le porter tout au long de la journée."

Duch affirme que le système Hilti améliore la productivité car il offre aux travailleurs la possibilité d'effectuer des tâches difficiles avec moins de douleur et de fatigue. "Le système génère les forces nécessaires pour soutenir le bras de l'opérateur pendant le travail, réduisant la charge sur les articulations de l'épaule et réduisant le risque de blessure à l'articulation de l'épaule qui peut souvent survenir lors de travaux réguliers sur des applications aériennes", dit-elle. "Ajoutez-y notre gestion de flotte, notre force de vente directe et nos services numériques et vous obtenez une offre unique."

La société californienne Levitate Technologies a également créé un exosquelette pour le haut du corps, un exosquelette qui, selon Joseph Zawaideh, vice-président du marketing et du développement commercial de la société, est suffisamment discret, suffisamment léger, suffisamment fonctionnel et suffisamment respirant pour être pratique. et portés tous les jours par l'utilisateur final. "Cette fonctionnalité le rend facile à utiliser, ce qui se traduit par une plus grande adoption par les utilisateurs finaux", explique-t-il. "C'est le seul exosquelette du haut du corps qui a été classé et mandaté comme équipement de protection individuelle (EPI) par des fabricants de classe mondiale."

L'exosquelette industriel EVO d'Ekso Bionics permet à l'utilisateur de soulever et de tenir des outils électriques comme s'ils ne pesaient rien du tout. "Notre exosquelette industriel de deuxième génération, EVO, a de nouveaux principes de conception pour augmenter les capacités des athlètes industriels et les soutenir dans la nature physique de leur travail quotidien", explique Pratt. "EVO a été développé sur la base d'une vaste expérience dans les applications du monde réel. En ce qui concerne les exosquelettes du haut du corps, EVO est particulièrement léger, flexible et durable. La nouvelle conception d'EVO suit le mouvement naturel du corps et permet une amplitude de mouvement illimitée pour mieux soutenir le porteur tout en augmentant son endurance.

Bien que ces solutions soient toutes incroyablement impressionnantes, il n'y a actuellement qu'un seul exosquelette complet alimenté par batterie sur le marché aujourd'hui qui traduit avec succès la première vision de Rosher en réalité - et c'est le Guardian XO de Sarcos Robotics.

Vingt ans de développement, le Guardian XO utilise plus de 125 capteurs intégrés au robot pour détecter les conditions environnementales et les mouvements de l'opérateur. Le poids de la combinaison, ainsi que sa charge utile, sont transférés à travers la structure de la combinaison vers le sol et entraînent le déchargement de 100 % du poids que le travailleur porte, ainsi que du poids de la combinaison elle-même. Cela signifie que l'opérateur peut effectuer des heures de travail physiquement exigeant dans la combinaison, soulever et manipuler des objets lourds de manière répétitive sans causer de tension ou de blessure à son corps.

"Le Guardian XO est conçu pour s'attaquer aux tâches difficiles dans des environnements non structurés", explique Martindale. «À cette fin, il peut soulever jusqu'à 200 lb [90 kg]. Il est dans les dernières étapes de développement.

La profondeur et l'étendue de ces solutions ne passent pas inaperçues. En fait, certaines des plus grandes entreprises industrielles du monde réalisent déjà les avantages de ces solutions d'exosquelette. Les usines de production automobile du groupe BMW en Allemagne, par exemple, utiliseraient des solutions d'Ekso Bionics et de Noonee. La solution de Levitate a éliminé les blessures et les coûts d'indemnisation des accidents du travail pour certains travaux généraux chez Toyota Motor Manufacturing North America.

Le constructeur automobile allemand Audi utilise la chaise sans chaise sur son site de production. Pendant ce temps, Ford a ajouté l'exosquelette portable de première génération d'Ekso Bionics, l'EksoVest, à 15 usines d'assemblage dans sept pays à la suite d'un programme pilote réussi. Et l'un des plus grands entrepreneurs britanniques, Willmott Dixon, a testé EksoVest comme solution sur plusieurs chantiers de construction à travers le pays.

"Au crédit des employeurs industriels, nombre d'entre eux recherchent désormais des solutions ergonomiques dans le cadre des contraintes des exigences des tâches physiques répétitives", déclare Pratt. « Les principales industries sont la fabrication, l'automobile, la transformation des aliments et la construction. Nos clients utilisent notre solution d'exosquelette pour générer des performances et une productivité prévisibles.

"En plus de cela, nos clients bénéficient également du recrutement et de la fidélisation des talents, de la réduction du coût de l'absentéisme, de l'amélioration de l'engagement des employés et d'un meilleur moral d'une main-d'œuvre qui se sent protégée et soutenue pour faire son travail quotidien. .”

Pendant ce temps, dans le but d'accélérer la commercialisation de son produit, Sarcos Robotics a formé le groupe consultatif technique sur l'exosquelette, qui comprend des entreprises de la fabrication industrielle, de l'automobile, de l'aviation, de l'aérospatiale, de la construction, du pétrole et du gaz et des services publics, y compris Bechtel , Caterpillar, Delta, GE et Schlumberger, entre autres. Ces entreprises travaillent avec Sarcos depuis mars 2018 pour identifier les principales exigences de performance et de sécurité.

Delta Airlines est la première entreprise dont les employés de première ligne ont travaillé directement avec Sarcos pour déterminer les utilisations opérationnelles potentielles du Guardian XO. « En janvier 2020, nous avons annoncé un partenariat avec Delta et présenté la première démonstration publique du XO au Consumer Electronics Show 2020 », déclare Martindale. "Delta a annoncé des essais du XO avec ses travailleurs de première ligne pour les tâches de manutention des bagages."

Avec ces avancées à l'esprit, il est facile de s'enthousiasmer pour l'application actuelle des exosquelettes - et les experts s'accordent à dire qu'un avenir encore plus excitant nous attend.

"À l'avenir, les exosquelettes pourraient également servir d'appareils connectés offrant un niveau de traçabilité, en fournissant des informations au-delà de l'achèvement d'une tâche et des détails sur la manière dont une tâche a été accomplie", déclare Carrel-Billiard. « De plus, avec la consumérisation, nous pouvons nous attendre à plus d'exosquelettes pour soutenir les activités quotidiennes dans encore plus de secteurs. Au-delà de l'espace industriel, nous voyons déjà de nouveaux cas d'utilisation pour la formation, la réhabilitation et même les loisirs, et nous nous attendons à voir encore plus d'applications à l'avenir à mesure que la technologie progresse.

Zawaideh s'attend à ce que les exosquelettes deviennent des EPI standard, tout comme les lunettes de sécurité, les chaussures de sécurité et les harnais de protection contre les chutes. "Nous nous attendons à ce que les exosquelettes soient mandatés par de nombreuses industries et nous nous attendons également à ce qu'ils soient éventuellement disponibles pour les consommateurs dans les magasins à grande surface comme Home Depot", dit-il.

Hoffman est d'accord : "Le thème de l'ergonomie sur le lieu de travail devient de plus en plus important et est déjà bien mis en œuvre dans de nombreuses entreprises", déclare-t-elle. « C'est pourquoi, à l'avenir, les exosquelettes feront partie intégrante du monde du travail. En effet, une fois que vous avez expérimenté les avantages des exosquelettes, il n'y a plus de retour en arrière.