Modélisation musculo-squelettique générique et spécifique en vue du support de l’activité physique du soldat

Generic and specific musculoskeletal modeling for the support of the soldier's physical activity

• Auteur / Autrice : Pierre Puchaud
• Direction : Charles Pontonnier, Georges Dumont, Nicolas Le Bideau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 09/12/2020
• Etablissement(s) : Rennes, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - Université de Rennes - École normale supérieure - Rennes - Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires - Analysis-Synthesis Approach for Virtual Human Simulation
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yvon Erhel, Jean Theurel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Raphaël Dumas, Marie-Christine Ho Ba Tho

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robotique

Biomécanique

Mots clés libres

Biomécanique

Calibration

Cinématique

Anthropométrie

Forces musculaire

Biomechanics

Calibration

Kinematics

Anthropometry

Muscle Forces

Résumé

Le port d’un exosquelette d’assistance à la locomotion permet d’envisager une plus grande mobilité du soldat, de décharger les articulations, de limiter l’apparition de la fatigue musculaire et de limiter la dépense énergétique. En revanche, la conception des exosquelettes d’assistance à la locomotion à des fins militaires est soumise à de fortes contraintes qui rendent le déploiement d’exosquelette difficile. Ainsi, la modélisation musculo-squelettique est envisagée comme un outil pour la conception et l’évaluation afin d'optimiser et de quantifier les bénéfices biomécaniques pour les futurs utilisateurs.Dans cette thèse, on se propose de relever deux défis génériques et spécifiques liés à la modélisation musculo-squelettique. Le premier défi se propose d’identifier des gammes de modèles représentatives de la population et de définir des lois de régression morphologiques génériques pour le soldat. Le deuxième défi consiste à mettre en place des méthodes de personnalisation géométrique et musculaire des modèles musculo-squelettiques. Ces méthodes sont essentielles pour effectuer des simulations musculo-squelettiques cohérentes et pour permettre la conception et l’évaluation des exosquelettes.

Wearing a locomotion assistance exoskeleton allows to envisage a greater mobility of the soldier, to unload the joints, to limit the appearance of muscle fatigue and to limit energy expenditure. On the other hand, the design of locomotion assistance exoskeletons for military purposes is subject to strong constraints that make the deployment of exoskeletons difficult. Thus, musculoskeletal modelling is considered as a tool for the design and evaluation of exoskeletons to optimise and quantify the biomechanical benefits for future users.In this thesis, two generic and specific challenges related to musculoskeletal modelling are tackled. The first challenge intends to identify ranges of models representative of the population and to define generic morphological regression laws for the soldier. The second challenge is to implement methods for geometric and muscular personalization of musculoskeletal models. These methods are essential to perform consistent musculoskeletal simulations and to allow for the design and evaluation of exoskeletons.