Le marché de l’exosquelette a atteint un point d’inflexion. Avec le vieillissement de la population, l’augmentation des maladies chroniques et les pénuries de main-d’œuvre qui ne semblent pas près de s’arrêter, les exosquelettes présentent un potentiel énorme. De fait, diverses études estiment que le marché des exosquelettes connaîtra un taux de croissance annuel de près de 40 % d’ici à 2028, jusqu’à atteindre 3,7 milliards de dollars.
Des ingénieurs travaillent actuellement d’arrache-pied pour mettre au point des exosquelettes capables de rendre leur mobilité aux personnes atteintes de déficiences motrices et de renforcer les aptitudes naturelles des humains qui les portent. Toutefois, ce secteur comporte son lot de défis. En tant que dispositifs portables, les exosquelettes doivent être confortables, fiables et sûrs, ce qui n’est pas une mince affaire étant donné leur extrême complexité mécanique.
En effet, pour concevoir des exosquelettes commercialisables, les ingénieurs doivent tenir compte de trois grands critères : la température, la sécurité et la mobilité.
Maintenir de faibles températures de fonctionnement
Les ingénieurs le savent : la chaleur générée par les moteurs peut être un problème pour les applications thermosensibles. Toutefois, contrairement aux machines traditionnelles, les ingénieurs spécialisés dans la conception d'exosquelettes ne disposent pas des options habituelles de refroidissement des moteurs (ventilateurs, eau, isolation, etc.) en raison des contraintes de taille et de poids auxquelles ils doivent faire face.
Alors que les moteurs classiques fonctionnent à une température maximale de 155 °C, les moteurs conçus pour les exosquelettes doivent pouvoir fonctionner à des températures beaucoup plus basses sans bénéficier des systèmes de refroidissement évoqués plus haut. Malheureusement, les ingénieurs spécialisés dans les exosquelettes se voient souvent proposer des moteurs sans boîtier conçus pour des applications de robotique industrielle qui fonctionnent à des températures pouvant dépasser les niveaux adéquats pour un exosquelette étant donné qu’un tel dispositif se porte à même le corps.
Par conséquent, les ingénieurs doivent trouver des moteurs présentant une meilleure efficacité thermique capables de fonctionner à des températures comprises entre 50 et 60 °C afin de minimiser l’impact sur le corps humain. Le problème, c’est que ces faibles températures d'enroulement peuvent fortement affecter les performances des moteurs sans boîtier classiques. Les ingénieurs doivent donc travailler avec un partenaire qui propose non seulement des moteurs à haute efficacité thermique, mais également des outils de conception de mouvement pouvant simuler les niveaux de performance du moteur aux niveaux de couple, de vitesse et de température spécifiés. Ainsi, les besoins d’une gamme d’applications et les exigences de dimensionnement du moteur pourront mieux être anticipés.
Le dimensionnement au service de la sécurité et de la mobilité
Le dimensionnement est l’un des principaux obstacles à la conception d’un exosquelette viable. Les ingénieurs doivent non seulement tenir compte des différences de taille inhérentes aux êtres humains, mais également veiller à ce que leurs modèles soient aussi fins, aérodynamiques et légers que possible afin de garantir un maximum de confort, de sécurité et de mobilité.
Dans le cas d’applications médicales, les ingénieurs doivent tenir compte du fait que les utilisateurs d’exosquelettes peuvent présenter des déficiences motrices au niveau de certains membres. Il est donc essentiel de concevoir des dispositifs légers pour garantir la sécurité des utilisateurs en cas de chute ou d’accident.
Les conceptions plus légères favorisent également le confort, ce qui a son importance pour les fabricants d’équipement d’origine (OEM) qui espèrent accroître l’adoption d’exosquelettes et les applications qui nécessitent une utilisation prolongée ou régulière de ces dispositifs. Ainsi, les travailleurs et les patients qui utilisent des exosquelettes à des fins de rééducation ou de mobilité seront peu enclins à supporter un poids excessif ou une pression inconfortable sur leur corps. Outre l’inconfort, les ingénieurs doivent prendre en compte et réduire les principaux risques pour les utilisateurs, comme :
- les blessures ou gênes causées par la friction ou le contact direct entre l’exosquelette et le corps de l’utilisateur ;
- l’hyperextension et le surmenage des articulations ;
- les contacts involontaires, les chocs et l’exposition aux vibrations.
Enfin, un design épuré est indispensable pour permettre à l’utilisateur de se déplacer dans des espaces restreints et réduire le risque d’accrochage avec les objets environnants.
Ces contraintes de taille et de poids exigent l’utilisation de moteurs sans boîtier compacts mais suffisamment puissants pour répondre aux besoins des différentes applications d’exosquelette.
Des moteurs conçus pour les exosquelettes
La plupart des moteurs sans boîtier à haute performance sont pensés pour l’automatisation à grande échelle ou les applications d’articulation robotique. Ils ne satisfont donc pas les exigences plus strictes propres à la conception d’exosquelettes. En revanche, les moteurs TBM2G signés Kollmorgen conviennent tout à fait à ces besoins.
En effet, ils fournissent un couple constant sur toute la plage de vitesse, le tout dans un format plus compact. Les ingénieurs pourront ainsi compter sur des performances élevées dans la plage de températures requise sans avoir à surdimensionner le moteur. Les moteurs TBM2G sont conçus pour s’intégrer facilement aux mécanismes à entraînement harmonique les plus couramment utilisés dans les articulations des exosquelettes. En outre, des capteurs à effet Hall peuvent être ajoutés en option sans augmenter la taille du moteur.
Enfin, les moteurs TBM2G sont disponibles en sept diamètres (50mm-115 mm) et trois longueurs d’empilage (8 mm-26 mm). Les OEM sont ainsi en mesure d’adapter plus facilement leurs exosquelettes à la taille des utilisateurs et aux exigences de chaque application.
Choisir le bon partenaire
En matière d’ingénierie des exosquelettes, le choix du bon partenaire est aussi important que celui des composants de conception. Alors que le marché de l’exosquelette est en pleine expansion, Kollmorgen peut aider les ingénieurs à garder une longueur d’avance.
En tant que leader mondial dans la conception et la fabrication de moteurs sans boîtier et sans balais, Kollmorgen vous propose ses produits, conseils et services pour vous aider à mener à bien vos projets d’exosquelettes.
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