Systèmes robotiques pour la rééducation et l’assistance au mouvement 

Systèmes robotiques pour la rééducation et l’assistance au mouvement 

Le nombre croissant de personnes âgées dans le monde exige de relever de nouveaux défis sociétaux, notamment en termes de services d’aide et de soins de santé. Une étude récente prédit qu’en 2050 un habitant sur trois sera âgé de 60 ans ou plus contre un sur cinq actuellement [170]. Cette population vieillissante nécessite dans le très nombreux cas une assistance au quotidien pour l’accomplissement d’activités physiques comme : se lever, s’asseoir, marcher, monter des escaliers, etc.

Avec les récents progrès technologiques, la robotique apparaît comme une solution prometteuse pour développer des systèmes visant à faciliter et améliorer les conditions de vie de cette population. Le développement de systèmes robotiques portables tels que les exosque lettes constitue actuellement un challenge important qui fait l’objet de nombreuses recherches à travers le monde.

Outre l’assistance physique pour augmenter des capacités motrices des per sonnes âgées, ces systèmes constituent également des outils bien adaptés pour la rééducation fonctionnelle en cas de déficience physique. Pour aider à mieux comprendre les fonctionnalités des prototypes décrits dans la littérature, nous donnons dans la première partie de ce chapitre un aperçu de l’anatomie du corps humain et en particulier celle du membre inférieur.

Dans la deuxième partie, nous présentons quelques définitions et une classification des prototypes d’exosquelettes ou d’orthèses, puis analysons les principaux travaux de recherche menés jusqu’à présent dans le domaine. Enfin, dans la dernière partie, nous nous intéresserons plus particulièrement aux systèmes conçus pour l’assistance et la restauration des mouvements des membres inférieurs. 

Éléments d’anatomie

Squelette appendiculaire

Le squelette représente la charpente du corps humain. Il est composé de 206 os et de 360 articulations, repartis en deux parties : le squelette axial ou 80 os forment l’axe longitudinal (l’axe de soutien du corps humain), et le squelette appendiculaire, qui comprend 126 os des membres et des deux ceintures : ceinture scapulaire pour les membres supérieurs; et ceinture pelvienne pour les membres inférieurs (os du bassin).

Un squelette est formé des éléments suivants [121, 197] :– la ceinture scapulaire (pectorale), formée de deux os : la clavicule et la scapula;– les os des membres supérieurs, au nombre de trente et repartis sur le bras, l’avant-bras et la main;– la ceinture pelvienne, formée des deux os de la hanche;– les os des membres inférieurs, comprenant les os des cuisses, des jambes et des pieds.

Le squelette appendiculaire permet d’assurer plusieurs fonctions telles que [187] : 1. Le soutien du corps humain à travers les points d’attaches des muscles et des tissus mous; 2. La protection des organes internes contre les blessures (l’os du crâne pour l’encéphale, les vertèbres pour la moelle épinière, la cage thoracique pour le coeur et les poumons, etc.); 3. Le mouvement du corps humain à travers la contraction/extension des muscles reliés aux os.

Articulations et segments du membre inférieur

Le corps humain est constitué de segments poly-articulés où chaque articulation possède un ou plusieurs degrés de liberté (ddl). Ces articulations assurent la mobilité du squelette et la liaison entre les os. Elles peuvent être regroupées selon leur structure (fibreuse, cartilagineuse ou synoviale) ou selon leur fonction (immobile, semi-mobile ou mobile). Les articulations mo biles sont essentiellement situées dans les membres, tandis que les articulations semi-mobiles et immobiles sont presque exclusives au squelette axial.

Comme le montre la figure II.1, une articulation synoviale est décrite en général à l’aide des propriétés suivantes [119, 131] : 1. Les surfaces des os qui s’articulent sont recouvertes d’un cartilage articulaire; 2. Les surfaces articulaires sont enfermées dans une capsule articulaire; 3. La capsule articulaire entoure une cavité articulaire remplie de liquide synovial lubrifiant; 4. La capsule articulaire est habituellement renforcée par des ligaments.

Dans le plan sagittal, la partie inférieure du corps humain est une structure à 7 ddl répartis comme suit : 3 ddl au niveau de la hanche, 1 ddl au niveau du genou et 3 ddl au niveau de la cheville (figure II.3) [131]. La jambe est composée de 12 articulations (Fig.II.2). Du point de vue squelettique, le fémur pour la cuisse, le tibia et le péroné pour la jambe et l’ensemble tarsien pour le pied, représentent les principaux segments du membre inférieur.

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