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Projet ANR : SoHuSim

Description du projet

Résumé

SoHuSim propose de s’intéresser a la problématique de la modélisation et de la simulation d’interaction molle entre humain et objets. A l’heure actuelle il n’existe pas de logiciel capable de modéliser le comportement physique des tissus mous d’un etre humain (muscles, graisse, peau) en interaction mécanique avec son environnement. Les logiciels existants tel que LifeMod ou OpenSim, modélisent les muscles comme des liens de longueur variable et appliquant une force sur un squelette rigide articulé. La gestion des tissus mous n’est pas prise en compte et ne constitue pas l’objectif principal de ces logiciels.

Un premier axe de ce projet vise a la modélisation simple et la simulation d’un humain passif manipulé par un dispositif mécatronique avec pour objectif l’étude et la conception de systemes de manipulation de patient a tres faible mobilité (lit médicalisé). Un deuxieme axe se concentre sur la modélisation détaillée et la simulation de l’interaction d’un membre inférieur actif avec des objets de type ortheses, exosquelettes, vetements ou chaussures. L’objectif étant la aussi d’obtenir un outil de conception pour des dispositifs en contact permanent avec l’humain qui permette de déterminer l’ergonomie adéquate en termes de formes, de positionnement, de matériaux, en fonction de l’utilisation visée.

Les problématiques dans ce projet se situent au niveau de la modélisation de < matériaux mous > en interaction avec divers objets. Les < matériaux mous > que l’on entend modéliser peuvent etre des matériaux artificiels tels que le silicone ou naturel tel que le latex. Ces matériaux pourront constituer des objets homogenes (ex : balle en caoutchouc pleine) ou hétérogenes (ex : mousse de silicone contenant des micro bulle d’air), on pourra envisager la modélisation de structures gonflables. Outre les matériaux mous inertes, nous envisageons aussi et surtout la modélisation de l’humain au niveau de ses tissus organiques vivants (muscle, graisse). Ce niveau de modélisation nécessitera un couplage avec des données issues d’imagerie médicale de type IRM afin d’etre le plus fidele possible avec l’humain considéré. La modélisation des muscles devra prendre en considération le caractere actif de ce tissu organique. Ces structures organiques molles auront donc des propriétés variables par exemple en termes de forme ou de raideur. La modélisation des déformations et des phénomenes de frottement seront un aspect important du projet. La fonction propre des muscles étant la mobilité, l’interaction avec le squelette et ses conséquences au niveau de la posture et des mouvements de l’humain modélisé devront etre pris en considération par l’implémentation de modeles biomécaniques. Cette modélisation/simulation des tissus mous constituera une réelle avancée dans le domaine de la simulation de l’humain. Elle permettra, d’étudier le comportement des tissus mous en interaction avec l’environnement sur des aspects manipulation de patient, de simuler les effets d’appuis prolongés, de prédéterminer les zones de frottements excessifs, de formation d’escarres et de lésions liées a l’utilisation d’objets. Les aspects dynamiques de ses simulations permettront d’étudier les énergies mise en jeu lors de phases de mouvements de la vie courante. Les outils développés dans ce projet auront vocation a etre intégrés, sous forme de module, a des logiciels de conception assisté par ordinateur (CAO).

Figure: Reconstruction anatomique personnalisée de la hanche par recalage

Figure: Simulation physique par éléments finis composites

Figure: Problématique des escarres et de la manipulation d'un corps

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