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Exosquelettes et support robotique aux fantassins

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Je vous propose ce nouveau topic.

Le but de celui-ci est de nous fournir une vision plus précise et consolidée des recherches en cours et avancées sur ces sujets, avant leur mise en application effective sur le terrain (en service, ils seront suivis dans les topics dédiés à chaque armée)

Le spectre peut être assez large et semble borné par les 2 extrêmes caricaturaux suivants :

- Combinaison type IronMan d'un côté du spectre

- Robot Mecha de l'autre

J'ajoute délibérément les recherches en cours sur les supports robotiques aux fantassins, tels les Mules, qui en sont dès à présent emblématiques.

L'idéal est de ne traiter que les cas concrets et avérés des recherches en cours, pour pouvoir ensuite en extrapoler d'éventuelles tendances, voire obtenir autant que faire se peut une idée de la trajectoire adoptée par chaque pays dans ces domaines.

2 liens pour commencer sur les exosquelettes (il y en a de nombreux) :

Exosquelette partiel pour l'assistance au tir, étudié au sein de l'armée américaine :

http://www.nikopik.com/2015/07/maxfas-lexosquelette-pour-larmee-americaine-qui-accroit-la-precision-des-tireurs.html

Autre source en anglais cette fois, plus précise http://www.digitaltrends.com/cool-tech/the-army-is-developing-an-arm-mounted-exoskeleton-that-helps-soldiers-aim/

Exosquelette complet à l'étude, essentiellement centré pour le moment sur l'aide au portage par les soldats de charges conséquentes :

http://www.mullc.com/le_militaire_se_rapproche_de_technologie_puissante_exosquelette_dEA3Md.html

Une phrase intéressante de l'article (mal traduit au demeurant) éclaire cependant sur une portée bien plus large des usages d'un exosquelette : "Comme l'a dit l'ancien chef d'état-major de la Force aérienne général John Jumper: «Nous devons donner le soldat les mêmes capacités de furtivité et Standoff que des avions de chasse ont[.]"

Quant au support robotique, les réalisations du Boston Dynamics par exemple seront à citer, comme de l'équivalent français dans le lien ci-dessous :

http://lignesdedefense.blogs.ouest-france.fr/archive/2015/08/21/quand-la-dga-reparle-du-robot-tactique-polyvalent-14582.html

(Note : Terminator ou Skynet ne seront pas admis dans ce topic tant que leur développement effectif n'aura pas démarré... étant entendu que nous apprendrons leur existence toujours trop tard :p )

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Petit tour d'horizon, avec quelques sources pour commencer.

Cet article, (assez long), donne un aperçu très intéressant sur le développement des exosquelettes depuis les années 60, ainsi que la tendance US actuelle :

http://www.businessinsider.com/military-exoskeletons-2014-8?op=1#ixzz3k3fdQhpQ

La dernière partie de l'article aborde le "Warrior Web Program" de la DARPA.

"

DARPA began its Warrior Web program, aimed at creating a soft and lightweight under-suit that protects wearers’ joints and helps increase the amount of weight a soldier can easily carry while using less than 100 watts of power. One of the most promising designs has come from the firm Boston Dynamics.

The Warrior Web program has produced small exoskeleton-like clothing designs that are meant to be worn under normal uniforms. The overall goal of the program is to increase the endurance of soldiers by lessening the strain on their muscles.

[...] They are becoming lighter, more energy-efficient, and more flexible.

"

Les programmes (Officialisés auprès du grand public...! ) en cours en France, en Chine et aux Etats-Unis - forcément non exhaustif :

France : Hercule (RB3D), développé en partenariat avec la DGA

Présenté à l'Eurosatory de 2014 : http://www.industrie-techno.com/eurosatory-2014-rb3d-expose-la-version-militaire-de-son-exosquelette-hercule.30651

Chine : ? (EEAE)

Présenté en 2014 au Zhuhai Airshow :

Description complémentaire, en anglais : http://www.newstalkflorida.com/military-exoskeletons-reality-debut-china

Etats-Unis :

Les programmes semblent aller de l'assistance passive du travailleur militaire - exosquelette FORTIS de Lockeed Martin - au système d'armes à part entière - projet TALOS pour "Tactical Assault Light Operator Suit" - en passant par les exosquelettes d'assistance utilisables sur le champs de bataille - XOS-2 de Raytheon Sarcos et HULC de Lockheed Martin.

FORTIS : http://www.wired.com/2014/09/navys-exoskeleton-could-make-workers-20-times-more-productive/

TALOS : Le programme TALOS, qui doit semble-t-il aboutir en 2018, est un exosquelette "informatisé". Cette armure a été commandée par l'Armée de Terre et le Pentagone.

" Certaines technologies envisagées pour le TALOS comprennent une armure avancée, des ordinateurs permettant au soldat de savoir où il se trouve à tout moment sur le champ de bataille et de communiquer avec le commandement, ainsi qu'un système d'alimentation électrique et un squelette extérieur très mobile "

XOS-2 (Raytheon Sarcos)

Je ne trouve pas d'information spécialement récente, la seule vidéo qui traîne date de 2010...même si elle est repostée souvent :

HULC, pour "Human Universal Load Carrier" (Lockheed Martin)

Vidéo de présentation par Lockeed Martin, en anglais : http://www.dailymotion.com/video/x2s2a9w

Pour finir, D'après cet article http://dailycaller.com/2015/01/13/iron-man-is-really-coming-he-just-needs-better-batteries/ , c'est essentiellement l'autonomie actuelle des batteries qui empêche le déploiement dès à présent d'exosquelettes.

Je n'ai pour le moment que des sources généralistes (et les sites des constructeurs eux-mêmes, assez légers).

Si vous avez des sources plus précises, ou simplement plus spécialisées, ça pourrait être intéressant pour se faire une idée de l'avancement réel et de la perception qu'en ont les militaires.

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En fait, j'ai posé la question à un modo avant de créer ce sujet.

Maintenant si celui-ci est mal placé, aucun souci pour qu'un modo le remette au bon endroit :)

Une question que je me pose concernant les exosquelettes :

- tous ont développé des exos permettant de porter beaucoup de charge (façon de démontrer la pertinence du concept, c'est certain)

- l'approche de la Darpa s'oriente au contraire vers des exos plus petits, plus souples et plus intégrés aux vêtements

- la limite principale actuelle est l'autonomie des batteries

=> pourquoi est-ce que la tendance n'est pas à créer des exos plus légers pouvant certes soulever bien moins mais ayant une autonomie de fait plus importante, au moins pour certaines missions spécialisées ne requérant pas son port sur une longue période ou permettant des recharges régulières ? (Démineur par exemple, ou armurier pour les avions, logistique de façon plus générale)

Je n'imagine bien évidemment pas une production en large série mais plutôt une implémentation sur une entité pilote.

Ceci permettrait d'éprouver les concepts et les matériaux, et avoir un retour d'expérience concret au quotidien des avantages et limites de ces tenues (hors autonomie, puisqu'il est évident que c'est un point faible)

Egalement, la question à 1 million : est-ce que la date cible de 2018 pour le programme Talos vous semble réaliste, notamment au regard des travaux actuels sur les batteries (en tout cas les recherches en cours dans le civil, je ne sais pas où peuvent en être les armées sur ces sujets)

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la problématique de l'exosquelette est qu'il suit les développements mécaniques réalisés en robotique dans la fin des années 60...

 

http://www.gurumed.org/2010/09/11/1960-hardiman-le-premier-prototype-dexosquelette/

 

hardiman (1960) est le premier exosquelette fonctionnel conçu par Général électrics, il fixe les bases conceptuelles de l''exosquelette, sa forme...

 

la principale difficulté tenait dans la taille des batteries, et dans la taille des actionneurs nécessaires au mouvement de la chose...

 

Avec la miniaturisation, l'explosion de l'informatique, de la robotique, de la domotique, le vieillissement de la populations, en 2000, une société japonaise du nom de Cyberdyne (ça ne s'invente pas) a commencer a communiquer sur un prototype d'exosquelette : HAL (ça ne s'invente pas non plus)...

 

http://www.linternaute.com/science/biologie/dossier/corps-high-tech/2.shtml 

 

depuis, d'autres projets on vu le jour, et quels que soient les apports techniques de l'informatique, de la cobotique, de la robotique, de l'electronique et autres sciences nobles, un oeil non averti peut sans difficulté remarquer une chose : 

 

les projets d'exosquelettes utilisent tous une variante du chassis designé en 1960 pour le projet hardiman...

 

pour faire un parallèle visuel, nous sommes 55 ans après hardiman...

 

la FORD T sortie des chaines en 1908...

1542479-ford-modele-t-16-5-millions-d-ex

 

en 1964 (56 ans après) sortait la mustang

 

Mustang-5812.jpg

 

aujourd'hui, hormis la taille des batteries, des actionneurs et des capteurs, il n'y a aucune différence mécanique notable entre hardiman et HAL par exemple...vendre une Ford T "améliorée" quand on devrait concevoir une mustang Fastback...

 

la problématique des exosquelette ne tient pas à la "taille", il tient en ce que les concepteurs d'exosquelettes ne réfléchissent pas a concevoir une plateforme capable de supporter tout ce que la technologie moderne peut apporter, 55 ans après le précurseur, ils n'imaginent pas concevoir un châssis moderne répondant aux besoins que le temps a permis de faire emerger...

 

j'avoue que je le sais car je travaille actuellement à concevoir cette plateforme....malgré toutes les difficultés sur lesquelles je butte en permanence depuis quelques temps...

 

pour résumer, je dirais qu'aujourd'hui, les recherches en exosquelettes s'orientent suivant 3 voies majeures : militaire, compensation du handicap et assistance à la manutention.

 

les exosquelettes de compensation du handicap sont les projets les plus vendeurs, ceux qui bénéficient des subventions et réunissent le plus facilement des levées de fonds, ils profitent de l'aspect humain du projet pour vendre le rêve de marcher aux personnes en situation de handicap.

 

le premier dérivé de ces produits, qui sera sans doute sur une cible bien plus large, concerne la gérontechnologie, le marché des aides techniques pour l'assistance aux personnes âgées en perte d'autonomie, au même titre qu'un "ultra-déambulateur", en quelques sortes...

 

très difficiles à réaliser, ils demandent un niveau d'intégration élevé que les techniques actuelles ne permettent pas d'obtenir, en particulier au niveau des actionneurs, avant même de penser à leur conférer une autonomie digne de ce nom...

 

les exosquelettes les plus "simples" à réaliser sont les exosquelettes d'assistance à la manutention, les porteurs de charges lourde (souvent librement inspirés dans leurs design de l'exosquelette que pilote Ripley dans Alien) nécessitent un "porteur sans pathologie handicapante", qui peut guider efficacement l'objet et le piloter avec facilité, la seule obligation étant un surcroît de puissance pour porter de la charge...

 

c'est la ligne suivie par les équipes souhaitant aller à l'objectif le plus rapidement et le plus efficacement possible, étant donné plusieurs facteurs, comme la maîtrise implicite de l'environnement (sol stabilisé d'entrepôt) ou l'absence d'obligation de miniaturisation (pour intégrer et camoufler le système comme pour le handicap)...

 

bref, l'exosquelette militaire, objet du sujet, est malheureusement le produit dérivé de l'un ou de l'autre des domaines, soit ils sont trop sophistiqués pour répondre aux exigences du terrain car issus de recherches sur le handicap, soit ils sont trop spécifiques pour être utilisables par des fantassins, car malgré toute la bonne volonté, on ne transforme pas un chariot élévateur en machine de guerre...

 

en France, les recherches menées sur l'exosquelette par la société RB3D ne mèneront qu'a un outil qui ne sera utilisable sur le champ de bataille que par l'artillerie, pour faciliter la manutention des obus, et dans les autres pays, les limites aux capacités de déplacement des fantassins, générés par une démarche non naturelle, qui bride l'amplitude et la fluidité des mouvements malgré l'apport de capacité de levage, ne permettra pas aux mécaniques actuelles de devenir utiles aux fantassins...

 

seul un produit spécifiquement conçu pour le fantassin sera utilisable par le fantassin, mais la DGA n'est pas prête à investir, dans le contexte actuel, sur un tel projet, et les récents questionnements concernant l'avenir du FELIN et son emploi amènent actuellement la société SAGEM à pousser un partenariat avec un laboratoire italien, le PERCO, afin de mener des études sur la faisabilité d'un exosquelette, capable de supporter la surcharge pondérale du système Félin...qui terminerons avec les autres projets de ce type, car le gain de charge transportable dans l'autonomie précisée ne compenseras pas la perte de mobilité globale du combattant débarqué...

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Pour avoir une autonomie acceptable, je crois qu'il y a eu une proposition de pile radioactive au californium (pas un vrai réacteur nucléaire, mais plutôt comme les générateur de sonde spatiale)

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Pour avoir une autonomie acceptable, je crois qu'il y a eu une proposition de pile radioactive au californium (pas un vrai réacteur nucléaire, mais plutôt comme les générateur de sonde spatiale)

 

non, la pile a hydrogène est une solution plus crédible, l'impact d'un générateur nucléaire portatif, quel que soit sa puissance réelle ou supposée, serait interdite pour plusieurs raisons très hautement justifiées, la première étant la possibilité d'une rupture de confinement (une balle mal placée, un défaut d'entretien, une grenade a proximité) qui entraînerait l'irradiation du porteur, et aucun industriel, ni aucun état, ne voudras accepter la responsabilité de la mise en danger de la vie d'un homme de cette manière, ce serait un suicide industriel et/ou politique, sans compter la menace juridique et l'indemnisation aux familles de victimes...

 

En fait, j'ai posé la question à un modo avant de créer ce sujet.

Maintenant si celui-ci est mal placé, aucun souci pour qu'un modo le remette au bon endroit  :)

Une question que je me pose concernant les exosquelettes :

- tous ont développé des exos permettant de porter beaucoup de charge (façon de démontrer la pertinence du concept, c'est certain)

- l'approche de la Darpa s'oriente au contraire vers des exos plus petits, plus souples et plus intégrés aux vêtements

- la limite principale actuelle est l'autonomie des batteries

=> pourquoi est-ce que la tendance n'est pas à créer des exos plus légers pouvant certes soulever bien moins mais ayant une autonomie de fait plus importante, au moins pour certaines missions spécialisées ne requérant pas son port sur une longue période ou permettant des recharges régulières ? (Démineur par exemple, ou armurier pour les avions, logistique de façon plus générale)

Je n'imagine bien évidemment pas une production en large série mais plutôt une implémentation sur une entité pilote.

Ceci permettrait d'éprouver les concepts et les matériaux, et avoir un retour d'expérience concret au quotidien des avantages et limites de ces tenues (hors autonomie, puisqu'il est évident que c'est un point faible)

Egalement, la question à 1 million : est-ce que la date cible de 2018 pour le programme Talos vous semble réaliste, notamment au regard des travaux actuels sur les batteries (en tout cas les recherches en cours dans le civil, je ne sais pas où peuvent en être les armées sur ces sujets)

 

pourquoi l'exosquelette d'assistance au port de charge?

- c'est le plus simple a développer : environnement contrôlé, mouvements limités, vitesse faible...

- c'est le plus impressionnant a montrer

 

l'approche de la DARPA?

- l'approche de la DARPA, c'est de multiplier les petits projets pour préselectionner les plus porteurs, puis de se focaliser sur ceux qui auront l'impact évalué le plus important...

- le vêtement intelligent de la DARPA, visé par le programme TALOS, n'est plus a proprement parler dans le domaine de l'exosquelette...

 

la limite principale actuelle ?

- en réalité la limite principale actuelle est mécanique, les piles a combustible permettent déjà des autonomies théoriques dépassant les 72 heures...

- en y réfléchissant : le corps humain comporte un nombre restreint d'articulations a répliquer pour "simplifier son fonctionnement" j'en compte personnellement 47...

- en faisant quelques recherches, on s'aperçoit que le modèle de l'exosquelette, c'est le corps robotique, qui compte au mieux 28 articulations impliquées dans le mouvement...

 

28/47=59.57%...

 

la mécanique limite la réplication du mouvement au mieux a 60% des possibilités du porteur humain...c'est cela la limite actuelle des exosquelettes, on ne peut réaliser que 60% des mouvements qu'on souhaiterais faire, c'est comme avoir 85 ans, de l'arthrite, une lombalgie et être alcoolisé en même temps...

 

pourquoi pas des exosquelettes plus légers?

-parce que ce n'est pas ce qui est demandé par les donneurs d'ordres militaires, et que les entreprises développant ce genre de projet sur fond propres sont inexistantes...

-par manque de connaissance, de compétence, de capacité d'innovation, les donneurs d'ordres sont limités à ce qu'ils peuvent appréhender, et il n'y a pas assez de spécialistes du domaine pour leur faire une définition claire du besoin

 
pourquoi pas de production micro-série?
justement, ce genre de projet doit être en très grande série pour créer un prix suffisamment attractif pour que l'armée puisse acheter de tels produits, le ratio coût/gain est tel qu'au delàd'un certain seuil, l'investissement ne vaut pas la peine...
la production d'un exosquelette unique, sans chercher particulièrement loin, qui corresponde aux besoins du combattant débarqué...je l'estimerais (en unitaire) a 1 ou 2 millions d'euros...il faut une production en série pour lisser les coûts de conception, les développements de prototypes, les corrections, test, etc...pour diviser le coût de la conception du modèle unitaire dans la vente de la production en série...c'est le BA ba de l'industriel...
 
talos en 2018?
il faudra ressortir ce sujet à ce moment, mais je pense que le projet TALOS sera abandonné d'ici là, il est trop complexe pour être transposable hors d'un laboratoire et aura un coût de revient unitaire trop élevé pour justifier de remplacer les équipements actuels de l'armée américaine...ils préfèreront utiliser des composites pour "réduire la charge" que porte le combattant (a moindre coût) ou s'orienter vers des améliorations plus basiques, comme des sous-vêtements bardés de capteurs, des trucs comme ça...
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L'article date un peu - sept 2015 - mais il est intéressant à plus d'un titre.

Il s'agit des tests d'exosquelettes alimentés par batterie menés par la Darpa :

http://spectrum.ieee.org/video/robotics/military-robots/darpa-tests-batterypowered-exoskeletons-on-real-soldiers

 

Ce qui est très intéressant, c'est que nous ne sommes plus en présence d'exosquelettes lourds et encombrants, en tout cas pour les jambes. Ceux-ci pourtant font leur office d'alléger la charge portée par les soldats.

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Les prémices du "battleglove"
 

Citation

 

Lille : l’ISEN fabrique une main en exosquelette imprimable en 3D

Dans le cadre de leur projet de fin d’année, vingt-trois étudiants de l’ISEN ont réalisé une main en exosquelette pour les personnes paralysées. Les jeunes ingénieurs lillois se sont organisés à la manière d’une entreprise.

D’habitude, l’entreprise Dagoma fabrique des imprimantes 3D mais, grâce aux étudiants de l’ISEN à Lille (Institut supérieur de l’électronique et du numérique), elle s’est initiée au gant bionique. Dans le cadre de leur projet de fin d’année, les jeunes ingénieurs se sont associés avec Dagoma pour réaliser une main en exosquelette. L’objectif est de concevoir un équipement à bas coût, imprimable en 3D, pour les personnes souffrant d’une paralysie de la main. Baptisé Print’Hand, le dernier modèle d’exosquelette est le produit amélioré de deux anciens prototypes.

L’appareil, contrôlé par les impulsions données par le biceps, dispose de deux modes, l’un dédié à des exercices de rééducation, l’autre à un usage quotidien. Pour réaliser ce système, les vingt-trois étudiants se sont partagé les tâches entre la conception de l’ossature, des capteurs et de l’alimentation.

« Une aventure humaine »

Complètement autonomes, les auteurs du projet avaient le sentiment d’être une véritable start-up. Anne-Marie Kokosy, l’enseignante en charge du projet, ne voulait pas de cours théoriques pour ses élèves mais les confronter directement aux problématiques des entreprises. Sylvain Delobel, l’un de ses étudiants, témoigne : «  On s’est rendu compte de la façon dont fonctionnait vraiment une entreprise. Souvent, les écoles occultent la relation qu’il y a avec les fournisseurs, le client ou la recherche technologique.  » Il aura fallu près de deux mois pour construire la dernière version de la main en exosquelette. Bien qu’elle ne soit pas commercialisée, c’est un pari réussi pour les étudiants de l’institut lillois.

 

Source: La Voix du Nord

 

Sujet connexe: Robots mous, nanoïdes et cobots

 

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