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Développement d’un appareil individuel d’entraînement du dos

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Développement d’un appareil individuel d’entraînement du dos
Développement d’un appareil individuel d’entraînement du dos


Les maux de dos sont extrêmement répandus. Selon les chiffres du dernier rapport sur la santé 2023 de l’assureur-maladie allemand DAK, environ 18 % des cas dans lesquels les salariés soumettent des attestations de maladie concernent des troubles musculo-squelettiques, principalement des maux de dos. Après avoir été en tête du classement des diagnostics individuels en 2022, les maux de dos occupent toujours une place importante, juste derrière le COVID-19 et les affections respiratoires. Il est agréable de noter que le dernier rapport montre une légère baisse du pourcentage de problèmes de dos dans le total des absences signalées, de 6,5 % à 5,3 %.

Cependant : « Même les jeunes signalent de plus en plus de maux de dos. Cette tendance n’a pas seulement commencé avec les confinements dus au Covid-19 », explique le professeur Rainer Burgkart de la TUM Klinikum rechts der Isar. Dans l’étude Burden Disease Incidence, menée en 2020 par l’Institut Robert Koch (RKI), avec des données provenant de plus de 5 000 patients en Allemagne, il s’est avéré que près des deux tiers des personnes interrogées (61,3 %) avaient souffert de maux de dos au cours de l’année précédente. . Les douleurs lombaires touchaient 55 % des femmes et 48,6 % des hommes, tandis qu’une femme sur trois (32,6 %) et un homme sur cinq (22 %) souffraient de douleurs dans le haut du dos. Il y a quelques années, l’Institut d’économie et de gestion de la santé de l’Université Ludwig-Maximilians (LMU) estimait l’impact économique de ces maladies à environ 50 milliards d’euros. Ce qui peut être fait? « La physiothérapie et l’entraînement ciblé des muscles et de la coordination sont très efficaces et sont souvent prescrits en cas de maux de dos non spécifiques et fréquemment diagnostiqués », explique le Dr Burgkart, orthopédiste. « Cependant, à la fin d’un traitement ciblé, la plupart des patients retombent dans leurs anciens schémas de comportement et leurs muscles du dos s’affaiblissent à nouveau. » Une invention de TUM et Klinikum rechts der Isar – le GyroTrainer – est conçue pour promouvoir à l’avenir des exercices de dos sur mesure à long terme.

GyroTrainer : l’algorithme décide de l’intensité de l’entraînement

Le professeur Burgkart du Klinikum rechts der Isar, en coopération avec l’Institut munichois de robotique et d’intelligence artificielle (MIRMI) de TUM, le fabricant d’équipements de fitness Erhard Peuker GmbH et le spécialiste du matériel et des logiciels B&W Embedded Solutions GmbH, a développé le GyroTrainer — un appareil d’entraînement des muscles du dos qui peut être adapté aux capacités de chaque utilisateur. Les travaux ont été réalisés dans le cadre d’un projet de recherche de trois ans. Le GyroTrainer est basé sur une plateforme ronde de 50 cm de diamètre. Elle peut s’incliner vers l’avant, l’arrière et sur le côté, et peut également pivoter. Il ressemble à un gyroscope, conçu pour rester équilibré dans un large éventail de configurations et de positions.

La planche d’équilibre comme point de départ

Un principe similaire est utilisé dans le GyroTrainer. Les utilisateurs montent sur la plateforme ronde et tentent de garder leur équilibre. Des capteurs et des moteurs électriques situés sous la plate-forme enregistrent les mouvements de l’utilisateur et peuvent incliner et faire pivoter le disque. L’appareil fonctionne comme une planche d’équilibre, à la différence que la rigidité peut être variée. Le défi est pour les utilisateurs de garder leur équilibre. « Préparer correctement l’appareil ne consiste pas simplement à l’adapter à chaque utilisateur », explique la chercheuse Elisabeth Jensen du MIRMI. « Nous devons d’abord trouver la rigidité adaptée à cette personne. » Si l’utilisateur peut confortablement maintenir son équilibre à un niveau de rigidité donné pendant un certain temps, un algorithme d’apprentissage décide du bon réglage initial de la plateforme afin que ce ne soit ni trop facile ni trop difficile pour la personne.

Concept gaming : renforcer le dos en jouant à un jeu

La formation proprement dite peut alors commencer. « Nos partenaires de coopération ont développé un jeu informatique dans lequel le contrôle provient des mouvements de l’utilisateur », explique Jensen, chercheur au TUM. Il est calqué sur le jeu Space Invaders. Le vaisseau spatial du joueur tire automatiquement sur les envahisseurs à intervalles réguliers tout en essayant d’échapper aux tirs entrants. « Cela demande de l’habileté et de la concentration », explique Jensen. Moins la plate-forme est rigide, plus il est difficile de maintenir la stabilité et de diriger le vaisseau spatial. « Il est également possible d’ajouter des facteurs de perturbation », explique le spécialiste en orthopédie Burgkart. La plate-forme pivote brusquement vers la gauche ou la droite, ce qui rend encore plus difficile pour l’utilisateur de rester en équilibre. « Au début, la plateforme semble assez ferme sous les pieds de l’utilisateur, mais elle devient progressivement plus instable. Et finalement, pour les utilisateurs en très bonne condition physique, elle commence à donner des poussées supplémentaires », explique Burgkart. À l’aide de capteurs d’électromyographie (EMG), l’équipe a confirmé que le système active efficacement les muscles abdominaux et dorsaux importants pour la stabilité de la colonne vertébrale, et que l’activité devient encore plus difficile avec le mouvement de rotation. Moins le système devient rigide et plus les rotations brusques sont fréquentes, plus les muscles sont sollicités. « Les mouvements d’équilibrage font partie des méthodes les plus efficaces », explique Burgkart. Il estime que le nouveau dispositif d’entraînement devrait être utilisé principalement à des fins préventives, tant pour les patients primaires, qui présentent un « risque élevé », que pour les patients secondaires, qui ont souffert de maux de dos dans le passé.

Prochaines étapes : du concept au produit

Après près de trois ans de recherche, c’est désormais clair : le GyroTrainer fonctionne comme prévu et remplit son objectif médical. « Il reste encore quelques étapes à franchir avant de pouvoir l’utiliser comme produit », explique le professeur Burgkart. La condition la plus importante pour l’avenir : les chercheurs veulent que l’appareil — qui, pour des raisons de sécurité, doit encore être utilisé par les chercheurs du TUM — puisse être utilisé sans physiothérapeute ni entraîneur. Ils souhaitent également qu’il soit capable de s’adapter de manière dynamique aux capacités de chaque utilisateur. Le GyroTrainer détermine déjà la rigidité individuelle par approximation et peut à tout moment procéder à des ajustements à l’aide des données mesurées. À l’avenir, la fonction d’intelligence artificielle de l’appareil fonctionnera comme un système logique indépendant et sécurisé pour définir la rigidité initiale et sélectionner le niveau de difficulté des options de jeu correspondantes. Il pourra également effectuer des ajustements en fonction de la façon dont l’utilisateur se sent au cours de la journée, des niveaux de fatigue et des progrès de l’entraînement personnel. Une dernière exigence importante pour le nouvel appareil d’entraînement du dos : il doit s’intégrer dans n’importe quelle pièce à vivre : la vision du professeur Burgkart : « L’appareil doit être mobile afin que les gens puissent s’entraîner régulièrement sans avoir recours à un physiothérapeute.

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