Développement du système V-Care pour l’entrainement en toute autonomie des astronautes

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Publié

9 Avr, 2024

Auteur

Comex

Développement du système V-Care pour l’entrainement en toute autonomie des astronautes.

Le consortium MEDES-COMEX a développé pour le compte de l’ESA un nouveau système de suivi pour les exercices physiques de l’équipage : bodytracking Visuel Contrôlé pour l’Exercice Résistif Avancé (V-CARE).

Optimiser le suivi corporel des mouvements en temps réel.

© Robert Markowitz

Contexte :

La Station Spatiale Internationale (ISS) joue un rôle crucial en permettant de conduire des recherches approfondies sur les conséquences de l’exposition prolongée à l’apesanteur sur la santé humaine. Ces études ont identifié des problèmes significatifs tels que la détérioration osseuse, l’atrophie musculaire, et le déclin de la fonction cardiovasculaire, parmi d’autres effets néfastes. La nécessité de l’exercice résistif en tant que moyen de contremesure pour ces impacts de la microgravité est désormais bien établie, grâce aux décennies d’expérience humaine dans l’espace. En effet, des publications scientifiques, telles que celles parues dans le Journal of Bone and Mineral Research, ont démontré les bénéfices de l’exercice résistif sur la santé osseuse.

L’exécution d’exercices physiques est donc essentielle pour maintenir une condition physique optimale et limiter ces effets de déconditionnement. Cependant, lors de la réalisation de ces exercices, surtout lorsqu’ils impliquent des charges élevées, le risque de blessures, telles que des douleurs musculaires, ne peut être négligé. Une étude clé publiée dans le Spine Journal en août 2017 a notamment mis en lumière les modifications de la colonne vertébrale et l’atrophie musculaire subies par les astronautes, soulignant l’importance d’une approche préventive et adaptative dans l’élaboration des programmes d’entraînement physique dans l’espace.

© ESA

Nécessité d’innovation dans le contexte spatial :

Actuellement, une ou deux fois pour une mission de 6 mois (souvent au milieu de la mission), une téléconférence en temps réel (audio et vidéo) est organisée entre l’astronaute s’exerçant sur l’ARED (Advanced Resistive Exercise Device) et l’équipe de formateurs physiques située dans un centre de contrôle de vol. Les entraîneurs peuvent réagir en temps réel lorsque des positions inappropriées sont observées. Cette procédure n’est pas suffisante, et elle est aussi contraignante car nécessite une connexion temps réel et ne va pas dans le sens de l’autonomie de l’équipage qui est un élément important à prendre en compte. La mise en œuvre d’un bodytracking s’affichant en temps réel aux astronautes lorsqu’ils s’exercent à haute intensité sur ARED est parfaitement justifiée et nécessaire d’un point de vue sécurité. Pour résoudre cela, l’idée était de fournir à l’ESA un système de capture vidéo des mouvements sans marqueurs permettant une auto-surveillance (par retour vidéo en temps réel) au sujet lui-même (l’astronaute) lors de l’exercice résistif sur l’ARED de l’ISS et également compatible avec les futurs appareils d’exercice anticipés pour les futures missions d’exploration..

Présentation du système V-Care :

Pour prévenir les blessures lors des séances d’exercices de contre-mesure, le système V-Care, développé par COMEX, représente une solution avancée visant à perfectionner les exercices résistifs dans l’espace, en particulier à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS). Exploitant la technologie Microsoft Azure Kinect, V-Care assure le suivi en 3D des mouvements du corps sans avoir besoin de marqueurs. Cette caractéristique non seulement facilite sa mise en œuvre et son utilisation mais permet également un guidage en temps réel de l’astronaute grâce à un retour visuel durant les exercices.

Face aux défis techniques, notamment l’impact de la tenue vestimentaire des participants et les interférences environnementales sur la qualité de la capture, des solutions ont été développées pour assurer la fiabilité des données. Par exemple, il est recommandé que les participants portent des vêtements serrés et de couleur claire pour minimiser les perturbations du signal infrarouge et optimiser la capture de mouvement. De plus, le positionnement optimal des participants par rapport à la caméra Azure Kinect est crucial pour maintenir la précision des mesures. Son architecture innovante assure une intégration fluide avec des équipements comme l’ARED, en fournissant un retour en temps réel aux astronautes pour optimiser la sécurité et l’efficacité de leurs entraînements. Ce système représente un progrès significatif dans la préparation physique des équipages spatiaux, offrant un outil crucial pour la gestion des risques liés aux exercices en microgravité, tout en surmontant les défis techniques pour maintenir une haute qualité de suivi des mouvements.

© Robert Markowitz / Azure kinect / COMEX

Évaluation et résultats :

L’évaluation approfondie de V-Care, concentrée sur des simulations d’exercices résistifs sur une représentation de ARED avec 11 participants, a employé une méthodologie spécifique pour tester l’efficacité et la précision du système dans des conditions mimant l’environnement spatial. Cette phase d’évaluation a inclus la mise en place de plusieurs critères de réussite et mesures de performance, tels que la précision de la capture des mouvements, la stabilité des courbes générées par le système, et la capacité du système à fournir un feedback en temps réel. Les participants ont été invités à réaliser des exercices résistifs tout en portant des tenues adaptées pour optimiser la capture des mouvements, mettant ainsi en évidence l’importance de la préparation physique et de l’équipement adéquat. L’analyse des résultats a révélé que 56 acquisitions sur 66 tests ont été couronnées de succès, démontrant l’efficacité de l’interface utilisateur graphique (GUI), actuellement basé sur des oscillations, pour un suivi précis et en temps réel et validant la capacité de V-Care à offrir un retour précis pour adapter et corriger la posture et l’exécution des exercices.

Impact sur l’entraînement des astronautes :

L’impact de V-Care sur l’entraînement des astronautes marque une évolution significative dans la préparation physique pour les missions spatiales. En intégrant un système avancé de bodytracking en temps réel, V-Care permet une meilleure adaptation des exercices résistifs, cruciaux pour contrer les effets néfastes de la microgravité sur le corps humain. Cette technologie améliore non seulement la sécurité en réduisant le risque de blessures grâce à des corrections immédiates de la posture, mais optimise également l’efficacité de chaque session d’entraînement, garantissant que les astronautes maintiennent une condition physique optimale tout au long de leur mission.

© Azure Kinect / COMEX

Perspectives :

L’intégration de V-Care dans les routines d’entraînement sur l’ISS représente une avancée significative pour la préparation physique des équipages spatiaux, offrant un outil essentiel pour la gestion des risques liés aux exercices en microgravité. Dans le cadre de la suite du projet, une mise à jour importante de l’interface utilisateur graphique (GUI) est prévue pour inclure le suivi corporel avec une représentation 3D de l’astronaute, son avatar, actuellement basé sur des oscillations. Cette évolution permettrait une immersion et une interaction accrues, facilitant ainsi un feedback plus précis et personnalisé. En outre, le système V-Care pourrait être utilisé sur le dispositif « E4D » de l’ESA pour des essais à bord de l’ISS en 2025, marquant un pas en avant dans la technologie d’entraînement spatial.

En envisageant l’avenir, V-Care pourrait être adapté pour les missions vers Mars , offrant une solution compacte et efficace pour le maintien de la santé musculosquelettique des astronautes lors de missions spatiales prolongées. Les études sur l’efficacité du feedback dans l’entraînement physique soutiennent l’idée que des feedbacks précis et en temps réel peuvent considérablement améliorer la qualité des exercices en aidant à maintenir l’alignement correct du corps, à prévenir les blessures, et à optimiser la récupération musculaire, ce qui est crucial pour les longues missions spatiales où l’accès à des installations médicales complètes est limité. La capacité de V-Care à s’adapter aux divers besoins d’entraînement et à fournir des analyses détaillées de la performance pourrait transformer la façon dont les astronautes s’entraînent, en améliorant leur santé et leur performance globale dans l’espace.

Partenaire : MEDES possède une expertise unique en médecine spatiale et dans le cadre de l’évaluation / recherche impliquant des sujets humains ainsi que dans la mise en œuvre opérationnelle d’expériences européennes de sciences de la vie menées à bord de l’ISS (expériences MARES & SARCOLAB 1 & 2).

© CNES – MEDES

Retrouvez notre article d’octobre 2022 : Projet V-Care

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