Thèse Coll-Exo Vers un Exosquelette Adapté au Transport Collectif H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries Laboratoire de recherche : CRCA - Centre de Recherches sur la Cognition Animale Direction de la thèse : Pierre MORETTO ORCID 0000000232160290 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 L'objectif principal de cette thèse est de développer un exosquelette passif d'assistance au transport de charge chez l'homme qui soit adapté aux tâches collectives. Il est basé sur l'opportunité de combiner biomécanique avancée des systèmes complexes, compétences à l'étude du transport collectif de charge, et accès à l'exosquelette Ergoskel développé par l'Université de Technologies de Compiègne. Ce projet repose sur des travaux préliminaires de plusieurs thèses qui ont permis d'identifier des stratégies collectives et partages de fonctions lors du transport collectif de charge (G. Fumery, N. Sghaier, ANR CoBot). Cette thèse doit permettre d'étudier le comportement de sujets mobilisés collectivement par le transport d'une charge alors qu'ils sont, ou pas, assistés d'un exosquelette Ergoskel. En effet, ce dernier a été conçu pour soulager les membres supérieurs du poids de l'objet transporté, or c'est justement le poids de l'objet qui est la clé de l'organisation collective précédemment observée. Ainsi, les études précédentes montrent un partage de fonctions. Un sujet assume jusqu'à 70% du poids alors que le second guide la trajectoire de l'objet. Dès lors, il est attendu que l'Ergoskel perturbe le transport collectif de charge , en particulier si la manutention nécessite un guidage fin. Cette perturbation doit être étudiée et caractérisée afin d'envisager une adaptation matérielle.
Le second volet de l'étude, réalisé en collaboration avec l'UTC, prévoit une modification de l'Ergoskel pour que plusieurs exosquelettes communiquent entre eux en considérant l'intention du porteur, respectant la fonction assumée et n'assistant qu'à bon escient lors d'une mobilisation collective.

Cette étude permet en plus de boucler un triptyque qui comprenait jusqu'ici i) l'étude de l'efficacité des exosquelettes naturels (projet Barba-Mim), ii) l'étude du transport collectif de charge (ANR CoBot) en ouvrant iii) le sujet des exosquelettes bio-inspirés assistant le transport collectif de charge chez l'homme. Ce triptyque permettra également de progresser sur la compréhension des stratégies de collaboration développées par plusieurs modèles biologiques étudiés au CRCA dans l'équipe CAB (hommes vs fourmis).
Ce travail s'inscrit dans l'axe biomécanique du transport de charge développé au sein de l'équipe CAB à deux échelles (hommes et fourmis) et dans la continuité du projet ANR CoBot (2019-2023).
Ce dernier a permis de mettre au point les différentes techniques d'investigation biomécaniques nécessaires à l'étude de systèmes poly-articulés complexes et de poser les bases d'études consacrées aux différentes techniques de transport collectif de charge chez l'homme. Cette thèse s'inscrit dans la continuité mais innove en abordant l'assistance mécanique et ses effets sur l'émergence de comportements face aux contraintes du transport de charge chez l'homme.
Cette thèse bénéficie des travaux préliminaires menés dans le cadre du projet ANR CoBot et du projet BARBARUS (http://cbi-toulouse.fr/fr/projet-barbarus-2019). Elle permettra de concrétiser l'application à des projets de recherche en biomécanique, en biologie comparée, éthologie, écologie et bio-robotique. En effet, la compréhension et la modélisation du transport collectif de charge permettra d'adapter des systèmes d'assistance conçu pour un travailleur isolé, à des tâches collectives. Ceci permettra d'étudier les performances biomécaniques avec et sans exosquelette et les adaptations comportementales individuelles. Ces observations nous permettront à la fois de comprendre le partage de tâche et d'adapter la conception des exosquelettes. La méthode biomécanique développée précédemment, est basée sur l'étude cinématique et cinétique des interactions entre 2 sujets et l'objet transporté. Elle est possible grâce à notre salle d'analyse du mouvement équipée d'un système optoélectronique Vicon intégrant 5 plateformes de force et 22 caméras haute définition. Ce système permet de repérer les 116 marqueurs réfléchissants qui définissent les 2 sujets et l'objet avec une précision d'un millimètre pour un mètre (Fig. 9).

Par ailleurs, 4 capteurs de forces permettent d'enregistrer les actions mécaniques (torseurs) appliquées par les mains des sujets sur l'objet (Fig. 1).

Les méthodes classiques de dynamiques inverse permettent ensuite d'estimer les contraintes et moment de forces appliqués aux articulations des sujets. Ces derniers permettent à leur tour d'estimer travail, puissance et énergie développés par chaque membre d'un sujet. Des analyses de covariances permettent aussi d'étudier les coordinations intra-sujet et inter-sujets lors du transport.

Deux exemplaires de l'exosquelette Ergoskel sont prêtés à la faveur d'un contrat de collaboration entre les 2 laboratoires CNRS (CBI et UTC; Fig. 2.7).

Les protocoles envisagés conduisent les sujets à mobiliser des charges collectivement alors que l'ergoskel est actif ou pas. Ces enregistrements seront réalisés dans différentes conditions de charges et sur des déplacements comprenant des lignes droites et slaloms, des élévations.

In fine, ces protocoles doivent permettre de qualifier les comportements et leurs perturbations potentielles induites par l'action de l'Ergoskel. Ils seront répétés avec plusieurs versions communiquantes ou pas.

Le candidat devra être formé en biomécanique des solides. Une expérience avancée en codage (Matlab, Python) ainsi que des formalismes de deep and machine learning et de simulation sous Opensim est souhaitée.
Un intérêt pour le vivant et l'expérimentation sur l'homme est indispensable.
Enfin une bonne maitrise du français et de l'anglais sont attendues.