L’actionneur robotique CubeMars propulsant les exosquelettes IA de Georgia Tech présenté dans Science Advances

Exosquelettes pour membres inférieurs propulsés par l’IA avec des actionneurs CubeMars

Redéfinir la mobilité humaine 

Georgia Tech, en collaboration avec l’Université de Stanford et l’Université de Pennsylvanie, a développé un système avancé d’exosquelette propulsé par l’IA conçu pour améliorer l’efficacité de la marche dans le monde réel. L’exosquelette robotique pour membres inférieurs, récemment présenté dans Science Advances (AI-driven universal lower-limb exoskeleton system for community ambulation[1]), est entièrement alimenté par CubeMars AK80-9 KV100 Actionneur robotique - Couple nominal de 9 Nm, 48 V, 485 g, offrant un contrôle du couple haute efficacité et des mouvements précis.

Assistance adaptative pilotée par l’IA : détection du terrain en temps réel

Perception de l’environnement en temps réel

Le système utilise des algorithmes d’apprentissage profond pour atteindre :

• Estimation de la phase de marche en 300 ms

• Détection de pente en moins de 800 ms

Il reconnaît les conditions du terrain de -33° à +33°, en distinguant le sol plat, la montée, les escaliers et la descente.

Commutation intelligente des modes d’assistance

En fonction du terrain détecté, l’exosquelette ajuste automatiquement ses stratégies d’assistance par couple :

Gains en efficacité énergétique

Le contrôle par IA améliore les économies d’énergie métabolique de 86 % par rapport aux méthodes conventionnelles (6,5 % contre 3,5 %), avec une note de satisfaction utilisateur de 7,2 sur 10.

Assistance par couple inspirée de la biologie : Contrôle de ressort et d'amortisseur

Montée Escaliers : Contrôle de rigidité de type ressort

Simule la dynamique naturelle du ressort du genou avec un couple augmentant linéairement de 0,3 à 1,6 Nm/deg, permettant une locomotion fluide et efficace en montée.

Descente : Absorption d’énergie de type amortisseur

Utilise des stratégies d’amortissement pour imiter le freinage hydraulique, avec une résistance allant jusqu’à 0,16 Nm·s/deg, réduisant les impacts et le stress articulaire.

Temps de réponse à l’échelle de la milliseconde

Le système d’actionneurs fonctionne à une fréquence de contrôle de 100 Hz, garantissant un timing d’assistance précis avec une erreur de phase<2.5 % basée sur l’estimation en temps réel de la phase de marche.

Pourquoi les actionneurs CubeMars sont idéaux pour la robotique des exosquelettes

Points forts de l’actionneur AK80-9

L’actionneur robotique CubeMars AK80-9 permet une conception légère, essentielle pour les exosquelettes portables, résolvant le problème fréquent du « coût énergétique lié au poids propre ». Le module de puissance AK80-9 est une solution hautement intégrée combinant un moteur brushless haute performance, une boîte planétaire et un contrôleur en un seul ensemble, permettant un couple élevé et un fonctionnement fluide.

L’ordinateur principal prend en charge l’identification intelligente des paramètres en un clic et le changement transparent entre les modes Servo et MIT, simplifiant considérablement le processus de réglage. Il va au-delà du contrôle conventionnel en permettant un contrôle synchronisé de la position, de la vitesse et de l’accélération, tout en offrant un réglage PID adaptatif, éliminant la complexité et assurant une précision ciblée.

Quasi-Direct Drive + Réduction par engrenage

La combinaison unique d’un rapport de transmission de 9:1 et moteur quasi-direct réalise:

• Haute sortie de couple pour gravir les escaliers

• Faible impédance pour une marche fluide et naturelle

• Pas de mouvements saccadés — juste des courbes d’assistance fluides

Ouvrir la voie aux applications réelles

Ce projet révolutionnaire est open-source, offrant un accès aux conceptions matérielles CAD et aux ensembles de données pour l’entraînement de l’IA, accélérant le développement d’exosquelettes pour :

• Réhabilitation médicale

• Assistance logistique et pour charges lourdes

• Amélioration de la mobilité personnelle

CubeMars collabore désormais avec l’équipe de recherche pour co-développer des modules d’actionneurs intégrés de nouvelle génération, faisant passer la technologie des exosquelettes des laboratoires de recherche aux marchés grand public.

Références :

[1] Science Advances：AI-driven universal lower-limb exoskeleton system for community ambulation