Biomécanique de l’interaction humain-systèmes

Les êtres humains interagissent de plus en plus avec des systèmes mécatroniques complexes, connectés et réactifs. Par exemple, dans le domaine du sport, les athlètes utilisent de plus en plus des systèmes de réalité virtuelle pour optimiser leur entraînement. Dans le domaine du handicap, les exosquelettes accompagnent progressivement la rééducation ou assistent les personnes à mobilité réduite, tandis qu'en ergonomie, ces systèmes doivent réduire la pénibilité des tâches au travail. La compréhension et l'analyse de l'interaction entre l'homme et les systèmes nécessitent une modélisation fine du comportement humain d'un point de vue biomécanique. De plus, cette compréhension ne peut se faire qu'à travers des expériences de terrain assurant une validité écologique à cette analyse.

Ces réflexions militent pour une systématisation du développement d’outils d’analyse de l’interaction. Par exemple, comprendre l’interaction d’un opérateur avec son exosquelette dans un objectif de minimisation des contraintes subies est nécessaire pour la dissémination et la systématisation de l’usage de tels systèmes dans un contexte de travail. De même, comprendre l’interaction d’un athlète avec son matériel sportif est un élément incontournable pour permettre une pleine exploitation de l’analyse biomécanique de sa performance.
Ainsi, notre thème de recherche concerne le développement de modèles biomécaniques et de méthodes numériques pour l’analyse et la simulation de l’interaction humain-système. Nous nous définissons ainsi en tant que biomécaniciens numériciens, tout en ayant des connexions fortes avec les domaines de la robotique et de la réalité virtuelle.

Méthodologiquement, les questions scientifiques sont traitées suivant trois niveaux d’analyse de l’interaction (cf. figure ci-après) :

• Le laboratoire : c’est l’endroit naturel pour le prototypage des méthodes, dans lequel on retrouve les technologies les plus performantes de captation des efforts, du mouvement, de l’activité musculaire etc… C’est aussi l’endroit privilégié pour réaliser une analyse du geste en conditions contrôlées.
• La XR : la réalité étendue (RV et RA) est un outil privilégié d’analyse du mouvement, dans lequel le contrôle peut être élevé tout en proposant des stratégies d’altération sensori-motrices possiblement utiles à l’entrainement et à la prévention. C’est aussi un lieu “sûr” permettant d’évaluer certaines pratiques dans des conditions sécurisées.
• Le monde réel : c’est ici que l’on cherche à appliquer les méthodes précédemment développées et à réaliser le travail d’analyse dans l’objectif applicatif visé. C’est aussi généralement ici que se trouve la motivation du travail scientifique qui a amené au développement des méthodes originales que l’équipe met au point.

Figure : Paradigme et méthodologie de travail pour l'axe Biomécanique de l’interaction humain-systèmes