Développement d'un système autoalimenté à base de capteurs piézorésistifs pour la quantification des mouvements sportifs

L’analyse du mouvement humain intervient dans de nombreux domaines, permettant par exemple de comprendre les subtilités de la performance physique ou de la biomécanique. Les données et les informations issues de cette analyse des mouvements peuvent permettre d’améliorer les performances, de prévenir les blessures ou d’optimiser la rééducation. De nombreux systèmes existent comme la vidéo, mais sa mise en place et le traitement des données constituent des limites. Une solution consiste à développer des systèmes portables intégrés offrant un suivi discret et continu des activités. Les enjeux se situent dans le domaine des matériaux et de l’instrumentation pour répondre aux exigences des systèmes portables et autonomes. Ces travaux de thèse portent sur la conception de transducteurs piézorésistifs jusqu’au développement de systèmes autonomes en énergie comme une semelle permettant d’estimer la force plantaire et un vêtement pour la détermination des angles articulaires. Un modèle viscoélastique du transducteur piézorésistif a été établi permettant ainsi en l’inversant d’estimer la force plantaire. Des expérimentations de comparaison avec des systèmes commerciaux comme une plate-forme force ont été menées.

Mot clés : Mouvement humain, Systèmes portables, Capteurs flexibles, Viscoélastique, Énergie.

Development of an autonomous system based on piezoresistive sensors for quantitative sports movement

Abstract: Human motion analysis plays a vital role in numerous fields, enabling, for instance, the understanding of the nuances of physical performance or biomechanics. The data and information derived from this motion analysis can enhance performance, prevent injuries, or optimize rehabilitation. Various systems exist, such as video, but their implementation and data processing pose limitations. One solution is to develop integrated wearable systems offering discreet and continuous activity tracking. One challenge lies in the materials and instrumentation domain, where the objective is to develop wearable and autonomous systems that meet the requisite specifications. This thesis work focuses on the design of piezoresistive transducers for the development of energy-autonomous systems, such as an insole for estimating plantar force and a garment for determining joint angles. A viscoelastic model of the piezoresistive transducer has been established, which enables the estimation of plantar force by inversion. Comparative experiments have been conducted with commercial systems, including a force platform.

Keywords: Human motion, Wearable systems, Flexible sensors, Viscoelasticity, Energy efficiency