Quand les paraplégiques peuvent à nouveau marcher
Marcher debout malgré la paraplégie - deux équipes composées d'étudiants, de chercheurs et de personnes concernées démontrent comment cela est possible lors d'une manifestation du Cybathlon 2020. Impressions de la Cybathlon Experience.
Le silence règne dans l'atrium du centre de recherche de la haute école technique de Rapperswil (HSR), il y a de la tension dans l'air. Les visiteurs, installés dans les galeries, retiennent leur souffle. Un gargouillement de moteur rompt le silence, suivi d'applaudissements. Rolf Schoch, 30 ans, paraplégique, se lève d'un banc en bois et marche. Compact sur son corps, un exosquelette de 35 kilos - une structure de soutien motorisée qui permet aux paraplégiques de se tenir debout, de marcher et de monter les escaliers.
Deux équipes démontreront comment cela est possible lors de cette Cybathlon Experience à la HSR : Varileg enhanced avec son pilote Rolf Schoch et Project March avec sa pilote Sjaan Quirijns. Les deux équipes participeront en mai 2020 au Cybathlon, une compétition initiée par l'ETH Zurich, au cours de laquelle des personnes souffrant de handicaps physiques se mesurent en accomplissant des tâches quotidiennes à l'aide de systèmes d'assistance robotiques. Aujourd'hui, lors du Cybathlon Experience, les deux équipes présentent leurs exosquelettes à un large public. Des exosquelettes qui permettent à Sjaan et Rolf de discuter d'égal à égal avec la population et d'effectuer des tâches quotidiennes - ce que Rolf est en train de démontrer : Il doit empiler des gobelets sur une table. Pour cela, le pilote doit lâcher l'une de ses deux béquilles. La tâche devient un exercice d'équilibre.
Même objectif, situations de départ différentes
Le chemin pour en arriver là n'a pas été facile. Les deux équipes ont développé un exosquelette robotique sous une énorme pression de temps et en étroite collaboration avec leurs pilotes paraplégiques, afin de pouvoir concourir avec celui-ci au Cybathlon 2020. Si l'objectif et la motivation des deux équipes d'étudiants étaient similaires, les situations de départ étaient tout aussi différentes.
Varileg enhanced, une équipe de 15 étudiants en bachelor de l'ETH Zurich et de la HSR, a mis sur pied un exosquelette en seulement huit mois lors d'un projet Focus en dernière année de bachelor. L'équipe, composée d'ingénieurs en génie mécanique, de spécialistes de la santé et d'électrotechniciens, a investi beaucoup de temps dans son système d'assistance. Michael Heid, ingénieur en mécanique, raconte : "Les semaines de 70 heures étaient normales, mais elles pouvaient atteindre 90 heures pendant les périodes les plus chaudes." Les cours magistraux ? "Mais le projet Focus était une affaire de cœur pour Michael, notamment parce que des personnes de son entourage sont paraplégiques.
Lui et son équipe avaient donc des exigences élevées pour leur produit final. Bien qu'il existât déjà un modèle d'exosquelette issu de précédents projets Focus, Varileg enhanced partait plus ou moins de zéro. "Bien sûr, nous avons parlé avec nos prédécesseurs et ils nous ont donné de précieux conseils, mais notre concept n'était pas comparable", explique Michael. Non seulement Varileg enhanced voulait positionner les moteurs différemment, mais le matériau et la commande de l'exosquelette étaient également nouveaux par rapport au modèle précédent.
Interruption des études
La situation était différente pour l'équipe néerlandaise Project March. Les 23 étudiants de l'université technique de Delft, issus de sept disciplines différentes, ont interrompu leurs études de Bachelor ou de Master pendant un an pour travailler sur l'exosquelette au sein de ce que l'on appelle une Dream Team. L'équipe précédente leur avait transmis le projet et les connaissances accumulées pendant un mois. Ensuite, la quatrième génération de Dream Team a construit pendant un an une nouvelle version de l'exosquelette existant, March IV, grâce aux connaissances et au soutien ponctuel de ses prédécesseurs. Toujours présente : la pilote Sjaan Quirijns, qui avait déjà acquis de l'expérience avec les exosquelettes au sein de l'équipe précédente et dans d'autres projets de recherche, et qui a ainsi pu soutenir l'équipe de manière optimale.
Rolf, le pilote de Varileg enhanced, présente beaucoup moins de pratique avec la structure de soutien motorisée qui lui permet désormais de marcher lors du Cybathlon Experience. Ainsi, la tension se lit sur son visage lorsqu'il effectue un slalom autour de tables de bar en faisant de longues enjambées régulières. Il déclenche chaque étape en appuyant sur un bouton de l'une de ses béquilles. Il avance pas à pas, toujours accompagné par les bruits mécaniques des robots et par deux assistants qui peuvent le rattraper en cas de panne de moteur.
Entre-temps, Varileg enhanced n'est plus composé des étudiants de l'ETH et de la HSR. Après le déploiement du projet Focus en mai 2019, l'exosquelette a été remis au Rehabilitation Engineering Lab ainsi qu'au groupe de développement de produits de l'ETH Zurich et à l'Institut d'automatisation de laboratoire et de mécatronique de la HSR. Les étudiants ont veillé à transmettre l'exosquelette et les connaissances qui le sous-tendent de manière à ce que les chercheurs puissent continuer à travailler dessus sans interruption. En outre, le membre de l'équipe Lukas Granzotto, l'un des trois étudiants de la HSR, a pu s'assurer un emploi fixe à durée déterminée dans le laboratoire de la HSR. Il peut ainsi apporter une contribution essentielle au transfert de savoir tout en travaillant un peu plus longtemps sur le projet. Son collègue d'équipe Michael Heid est d'une part heureux d'avoir pu terminer le projet après huit mois intensifs. "D'un autre côté, il est bien sûr dommage de laisser un tel projet de cœur entre les mains", dit-il.
De côté sur le parcours
Au bout de la rangée de tables de bar, les traits de Rolf se détendent, un sourire de satisfaction se dessine, il lève triomphalement une béquille en l'air. Les visiteurs applaudissent avec enthousiasme, les membres de l'équipe de Varileg enhanced sont visiblement fiers. Pour l'équipe, la démonstration est terminée ici. Il ne vient pas à bout du plan incliné et de l'escalier qui se trouvent encore devant Rolf dans le parcours d'obstacles. Il n'a pas encore eu l'occasion de s'entraîner sur ces obstacles depuis le début de son entraînement il y a seulement deux mois. Lukas explique : "S'il n'y avait pas eu l'Experience, nous nous serions probablement déjà entraînés avec Rolf pour d'autres obstacles, nous aurions effectué certaines modifications et nous les aurions testées. Mais maintenant que l'exosquelette fonctionnait ainsi, nous ne voulions plus rien changer à court terme. Never change a winning team".
Alors que Rolf donne une brève interview à la fin de son parcours, l'équipe Project March se prépare pour la démonstration. Sjaan est assise dans son fauteuil roulant. En temps normal, elle se serait hissée à ce moment-là dans l'exosquelette vide, assis sur un banc. Mais cette fois-ci, la démonstration se fera sans pilote, ce qui n'est pas du tout de sa faute, mais plutôt de celle de la technique. Quelques heures plus tôt, March IV n'était plus capable de marcher en ligne droite et l'exosquelette devait être réparé. Il n'y avait plus le temps de tester le système avant la démo, c'est pourquoi l'exosquelette franchit désormais les obstacles, d'abord à vide et accompagné de trois assistants, pour des raisons de sécurité.
Se lever, slalomer, se tenir en équilibre sur un plan incliné et monter des escaliers - aucun problème pour March IV. Sur le plan incliné vers la droite, l'équipe présente en outre sa dernière implémentation : l'exosquelette se déplace latéralement. Lentement, une jambe après l'autre se déplace sur le côté grâce aux moteurs de la hanche. Ce pas de côté a été spécialement développé pour le plan incliné, mais il permet également de garder l'équilibre en marchant en ligne droite.
Pas au quotidien
Les deux exosquelettes sont capables de beaucoup de choses, mais ils ne sont pas encore utilisables au quotidien. L'exosquelette de course de Varileg enhanced a été conçu dès le départ pour les obstacles du Cybathlon 2020. Pour cela, les mouvements d'une personne en marche sur les obstacles ont déjà été enregistrés, puis le logiciel a été programmé en conséquence. Alors que Sjaan peut choisir entre trois longueurs de pas sur l'écran de sa béquille, Rolf n'a qu'une seule décision à prendre. De plus, contrairement à March IV, l'exosquelette de Varileg enhanced ne permet pas de bouger les articulations des pieds. Lukas explique : "Ce n'est pas nécessaire pour les obstacles du Cybathlon et cela ne ferait qu'augmenter le poids en ajoutant des moteurs supplémentaires".
Project March voit les choses différemment : pour une démarche naturelle et un franchissement efficace des obstacles, la cheville mobile est très utile. Les Néerlandais sont convaincus qu'il faut un exosquelette aussi pratique et confortable que possible au quotidien pour pouvoir remporter la compétition du Cybathlon dans la catégorie "Powered Exoskeleton Race".
Se réjouir à l'avance du Cybathlon
D'ici le Cybathlon 2020, les deux équipes auront encore du pain sur la planche : la pilote Sjaan s'entraînera avec la nouvelle Dream Team, et l'exosquelette de Varileg enhanced sera perfectionné sous la direction de la HSR. Juste après le Cybathlon Experience, les chercheurs démontent entièrement l'exosquelette pour s'assurer que tout est encore intact après les entraînements et les démonstrations intensifs. Ils souhaitent en outre apporter quelques modifications au système. Silvia Rohner, collaboratrice de laboratoire à la HSR, explique : "Nous allons maintenant nous attaquer aux choses que les étudiants n'ont tout simplement pas eu le temps de faire pendant le projet Focus", comme par exemple l'optimisation du code et une documentation propre. En outre, à la demande de Rolf, la durée des étapes sera raccourcie pour un meilleur équilibre.
C'est déjà d'un pas relativement rapide que Sjaan, la pilote de Project March, arpente le parcours de la Cybathlon Experience. Après que l'exosquelette a réussi à parcourir le parcours à vide lors de la démonstration, l'équipe s'aventure maintenant à faire un passage avec la pilote. Lorsque Sjaan descend les dernières marches de l'escalier et franchit ainsi le dernier des quatre obstacles, l'équipe néerlandaise est soulagée - tout comme elle se réjouit à l'idée du Cybathlon 2020 qui se profile.
Cybathlon Experience "Exosquelettes de la prochaine génération"
Cybathlon 2020
Le Cybathlon est une compétition unique en son genre, au cours de laquelle des personnes handicapées se mesurent en accomplissant des tâches liées à la vie quotidienne à l'aide de systèmes d'assistance technique ultramodernes. Le premier Cybathlon initié par l'ETH a eu lieu en 2016. Les 2 et 3 mai 2020, les portes de la Swiss Arena de Kloten s'ouvriront pour la suite du Cybathlon. Billets sous : page externewww.cybathlon.com/tickets
Le Cybathlon est soutenu par de nombreux partenaires. Parmi les partenaires de soutien, on trouve maxon, la clinique Schulthess, EKZ, la Stavros Niarchos Foundation, BNP Paribas, la Fondation Ernst Göhner, la Fondation suisse pour paraplégiques, la ville de Kloten, la Fondation Cerebral, la MBF Foundation, Pro Infirmis, PluSport, Hocoma, la clinique universitaire Balgrist et d'autres. L'ETH Foundation recherche d'autres partenaires de soutien. Promouvoir sous : page externewww.ethz-foundation.ch/cybathlon
Ce texte est paru dans le dernier numéro de l'ETH Magazine. Globe publié.
Le CYBATHLON 2020 aura désormais lieu les 13 et 14 novembre 2020 - à l'échelle mondiale et dans un tout nouveau format. Plus d'informations