Exosquelette : la solution pour soulager le personnel des hôpitaux ?

Introduction

Pandémie de la Covid-19, CHRU de Nancy, les heures sont difficiles pour les équipes hospitalières. Les patients en réanimation souffrant de détresse respiratoire s’accumulent. Pour les soigner, il faut les retourner plusieurs fois par jour sur le dos et sur le ventre afin d’améliorer leur oxygénation. La manœuvre est lourde, et mobilise jusqu’à une demi-douzaine de soignants.

Le CHRU fait alors appel à Serena Ivaldi, experte Unys, directrice de recherche Inria en robotique au Centre Inria de l’Université de Lorraine et au Loria (CNRS-Université de Lorraine). Avec ses collègues, elle déploie le projet ExoTurn qui a pour but d’équiper les soignants d’exosquelettes afin de faciliter ces retournements. Résultat ? Un franc succès qui ouvre la voie à de nouvelles demandes.  À l’hôpital, il y a de nombreux postes vraiment pénibles, avec un rythme de travail serré, aux gestes répétitifs avec de mauvaises postures , observe Serena Ivaldi. Reste à déterminer lesquels pourraient bénéficier de cette technologie.

Adapter l’exosquelette aux contraintes des métiers et des personnes : une mission périlleuse

Suite à l’expérience en réanimation, l’équipe s’intéresse aux infirmiers et personnels soignants, qui parcourent plus de 20 km par jour à travers tout l’hôpital. Après deux semaines d’observation, une tâche sort du lot et semble adaptée. La toilette matinale des patients exige de rester penché plusieurs minutes d’affilée au-dessus du lit. Des tests dans le laboratoire de l’équipe ont été élaborés avec une installation de lit similaire aux originaux et un mannequin.  On ne pouvait pas solliciter les infirmières pour ces tests, qui sont déjà en sous-effectifs , explique la chercheuse. Et le verdict tombe ! Malheureusement, les bénéfices sont limités.  Il y avait un avantage sur certaines parties de la tâche, mais le reste du temps, l’exosquelette gênait , déplore Serena Ivaldi. Dans un environnement où chaque geste compte, un équipement encombrant perd vite de son intérêt.

Cependant, l’échec partiel ne freine pas pour autant la réflexion de Serena Ivaldi et de son équipe. Les exosquelettes ont prouvé leur efficacité, il faut désormais trouver à qui les attribuer. L’hôpital, ce ne sont pas que les soins : il y a la logistique, la blanchisserie, la restauration… Autant de postes aux tâches physiques et répétitives qui pourraient bénéficier de l’utilisation d’exosquelettes. Ces secteurs, moins contraints par la présence des patients, permettent de tester des approches avec plus de flexibilité et de temps. L’enjeu ? Valider les bénéfices dans un environnement moins complexe, avant d’adapter la solution aux services de soin.

Mais chaque métier a ses spécificités et ses contraintes. Tester chacun d’entre eux en conditions réelles serait chronophage. Sans oublier les contraintes humaines. L’exosquelette peut être profitable pour une personne souffrant du dos, mais gêner une autre qui aurait une douleur à l’épaule. Autant de paramètres à prendre en compte. Impossible d’imaginer une solution  taille unique. Heureusement que dans notre équipe il y a Pauline Maurice, chercheuse CNRS, qui est experte des questions sur la variabilité et la personnalisation des gestes. 

ExoSim : le test grandeur nature… virtuel

Pour affiner le ciblage, l’équipe lance ExoSim. Première étape : collecter des données au sein de divers services.  L’idée, c’est d’enregistrer plusieurs postes de travail pour avoir un catalogue des gestes qui ont besoin d’être assistés , explique Serena Ivaldi. Grâce à la simulation d’humain virtuel, cela permettra par la suite de déterminer les zones les plus sollicitées – lombaires, dos, épaules – et de tester virtuellement plusieurs exosquelettes. Morphologie humaine, condition physique, âge… Le simulateur n’a de limite que celle de l’imagination. Tout peut être modélisé sans multiplier les campagnes d’essais en conditions réelles.

La simulation repose sur l’enregistrement des mouvements humains via la motion capture (utilisée pour le cinéma ou les jeux vidéo), combinée à des modèles biomécaniques. Deux approches mathématiques sont utilisées : la cinématique inverse, qui permet de déterminer les angles des articulations à partir des positions des segments du corps, et la dynamique inverse, qui calcule les forces et couples articulaires nécessaires pour produire ces mouvements. Ces données alimentent un modèle simplifié d’humain virtuel, capable de reproduire les gestes de manière physiquement réaliste.

Certaines limites persistent. Les algorithmes exigent des mesures précises des forces de contact – soit la pression et l’intensité exercées par le corps sur un appui ou un objet –, faciles à obtenir en laboratoire mais difficiles à capter en milieu hospitalier. Des approximations sont donc utilisées, et l’équipe étudie actuellement leur validité pour éviter des erreurs pouvant orienter vers un mauvais choix d’exosquelette ou de mode d’assistance.

Scientifiques equipant les soignants © Inria

Ne pas oublier le facteur humain

Il reste un aspect impossible à simuler, le ressenti humain. Celui que les utilisateurs vont avoir lors de l’utilisation d’un exosquelette.  Quand on fait des tests, on demande toujours aux personnes d’évaluer le confort et la gêne , explique la chercheuse. Le confort ne se mesure pas via des capteurs. Comme un vêtement trop serré, il est difficile de savoir si la personne est à l’aise avec l’outil. Des questionnaires standardisés sont mis en place. Ils permettent de mesurer tension, fatigue, effort lors des tâches effectuées ainsi que de comparer plusieurs modèles d’exosquelettes. Car pour qu’un exosquelette s’impose dans un service hospitalier, il doit être plus qu’une prouesse technique. Il doit s’intégrer au geste, se faire oublier et être accepté par ceux qui le portent.

Entre réalité physique du travail hospitalier et innovations robotiques, l’objectif est clair. Que la technologie serve l’humain. Les recherches menées au CHRU de Nancy pourraient dessiner un futur où les exosquelettes servent aux soignants d’outils pour soulager leur labeur. Pour préserver non seulement la santé des patients mais également celles de ceux qui les soignent.

Personnel équipé du dispositif retournant un patient en décubitus ventral © Inria

Sources

Des exosquelettes pour soulager les soignants. CNRS Le journal https://lejournal.cnrs.fr/articles/des-exosquelettes-pour-soulager-les-soignants.

Souza, A. O., Grenier, J., Charpillet, F., Ivaldi, S. & Maurice, P. Enhancing Exoskeleton Transparency with Motion Prediction: An Experimental Study. in 2024 IEEE-RAS 23rd International Conference on Humanoid Robots (Humanoids) 744–751 (IEEE, Nancy, France, 2024). doi:10.1109/humanoids58906.2024.10769948.

Exo Turn aide les soignants à retourner les patients en réanimation. Les Echos https://www.lesechos.fr/pme-regions/innovateurs/exo-turn-aide-les-soignants-a-retourner-les-patients-en-reanimation-1294894 (2021).

Bucchieri, A., Ivaldi, S. & Maurice, P. Preliminary Comparison of Inverse Dynamics and Quadratic Programming control for Motion Tracking in Digital Human Models. in 47th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBS2025) (Copenhague, Denmark, 2025).

Utiliser les exosquelettes pour aider le personnel soignant en réanimation grâce au projet ExoTurn | Inria. https://www.inria.fr/fr/mission-covid-exoturn (2020).

©Nicolas Dohr

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