Contrôle d'un exosquelette à embrayages magnétorhéologiques par carte d'état pour assister la marche, le saut et l'atterrissage

Les exosquelettes et les orthèses peuvent augmenter ou restaurer la performance humaine. Leur utilisabilité est grandement limitée par la technologie d'actionnement ainsi que par la stratégie de contrôle utilisée pour assister l'humain. Les actionneurs à embrayages magnétorhéologiques (EMRs) développés à l'Université de Sherbrooke se démarquent des actionneurs conventionnels pour interagir avec l'humain et pour fournir une assistance multifonctionnelle grâce à leur bande passante en force élevée, leur réversibilité et leur grande densité de puissance. Par ailleurs, la majorité des contrôleurs d'exosquelettes actuels ne remplissent pas tous les requis pour assister une variété de mouvements humains : ces contrôleurs dépendent souvent des mouvements antérieurs, sont limités à la locomotion et sont peu adaptables aux aléas du mouvement humain. Dans ce mémoire, une approche de contrôle multifonctionnelle par carte d'état est proposée. Cette approche consiste à relier la commande aux actionneurs en fonction de l'état biomécanique présent. L'objectif de ce projet est d'évaluer la performance d'un exosquelette pour chevilles actionné par des EMRs et de son contrôleur multifonctionnel par carte d'état pour assister la flexion plantaire pour les trois mouvements ciblés. Le contrôleur par carte d'état proposé utilise l'angle et la vitesse angulaire de chaque tibia pour discriminer et assister chaque mouvement. Le déphasage entre les deux tibias est utilisé pour discriminer la marche du saut et de l'atterrissage. L'angle de phase de chaque tibia est utilisé pour assister la marche. Pour le saut et l'atterrissage, une commande de force proportionnelle à la vitesse angulaire des tibias est fournie. La multifonctionalité du système est démontrée dans une séquence de marche, de saut et d'atterrissage. Le système s'adapte instantanément à des changements de démarche rapides et peut fournir 90 N·m par cheville avec une puissance totale de 1.4 kW lors du saut tout en freinant l'impact à l'atterrissage. Le système de 6.2 kg incluant 0.9 kg sur chaque jambe réduit le coût métabolique à la marche de 5.6 %. La multifonctionalité de l'exosquelette à EMRs et du contrôleur par carte d'état pourrait être étendue pour fournir une assistance multi-articulaire globale

Survivance 101 : Community ou l’art de traverser la mutation du paysage télévisuel contemporain

Lors des années 2000, le paysage télévisuel américain a été profondément bouleversé par l’arrivée d’Internet. Que ce soit dans sa production, sa création ou sa réception, l’évolution rapide des technologies numériques et l’apparition des nouveaux médias ont contraint l’industrie télévisuelle à changer, parfois contre son gré. C’est le cas de la chaîne généraliste américaine NBC, pour qui cette période de transition a été particulièrement difficile à traverser. Au coeur de ce moment charnière dans l’histoire de la télévision aux États-Unis, la sitcom Community (NBC, 2009-2014; Yahoo!Screen, 2015) incarne et témoigne bien de différentes transformations amenées par cette convergence entre Internet et la télévision et des conséquences de cette dernière dans l’industrie télévisuelle. L’observation du parcours tumultueux de la comédie de situation ayant débuté sur les ondes de NBC dans le cadre de sa programmation Must-See TV, entre 2009 et 2014, avant de se terminer sur le service par contournement Yahoo! Screen, en 2015, permet de constater que Community est un objet télévisuel qui a constamment cherché à s’adapter à un média en pleine mutation. Son incapacité à survivre à l’instabilité secouant l’industrie télévisuelle, par l’entremise de la télévision traditionnelle et de la télévision en ligne, souligne ainsi que le passage de la télévision vers cette ère numérique est plus complexe qu’il ne paraît.During the 2000s, the American televisual landscape was deeply shaken by the arrival of the Internet. The quick growth of digital technologies and the emergence of new types of media forced a reluctant television industry to change; be that in production, creation or reception. This transition from a pre-digital to a digital form of television was particularly difficult for the National Broadcasting Company (NBC). In the midst of this defining moment in American television history came Community (NBC, 2009-2014; Yahoo!Screen, 2015), a sitcom that embodied and reflected the various transformations brought by the convergence of the Internet and television, as well as the consequences this confluence bore to that industry. From being broadcast on NBC’s Must-See TV lineup between 2009 and 2014 to then moving to Yahoo!’s online platform in 2015, Community’s journey in television revealed its multiple attempts at adapting to a media in mutation. Therefore, the inability of the series to survive an unstable television industry through both traditional and online means underlines the complexity pertaining to television’s transition to a digital era

Orientation-Aware Model Predictive Control with Footstep Adaptation for Dynamic Humanoid Walking

This paper proposes a novel orientation-aware model predictive control (MPC) for dynamic humanoid walking that can plan footstep locations online. Instead of a point-mass model, this work uses the augmented single rigid body model (aSRBM) to enable the MPC to leverage orientation dynamics and stepping strategy within a unified optimization framework. With the footstep location as part of the decision variables in the aSRBM, the MPC can reason about stepping within the kinematic constraints. A task-space controller (TSC) tracks the body pose and swing leg references output from the MPC, while exploiting the full-order dynamics of the humanoid. The proposed control framework is suitable for real-time applications since both MPC and TSC are formulated as quadratic programs. Simulation investigations show that the orientation-aware MPC-based framework is more robust against external torque disturbance compared to state-of-the-art controllers using the point mass model, especially when the torso undergoes large angular excursion. The same control framework can also enable the MIT Humanoid to overcome uneven terrains, such as traversing a wave field

Rôle de l’acide urique dans la défaillance d’organes suite au choc hémorragique : une avenue thérapeutique?

Introduction: Alors que le choc hémorragique représente la première cause de mortalité précoce chez les patients subissant un traumatisme sévère, la défaillance d’organes est responsable d’une mortalité tardive chez cette population. Les alarmines, molécules libérées en situation d’ischémie-reperfusion et capables d’induire une réponse inflammatoire systémique et locale, représentent potentiellement une cible thérapeutique afin de minimiser la défaillance d’organes post-traumatique. L’acide urique est une molécule pro-inflammatoire et pro-apoptotique libérée en situation de choc hémorragique dont les effets au niveau des organes sont peu investigués. Le premier volet de ce mémoire présente une preuve de concept que l’acide urique joue un rôle clé dans l’atteinte hépatique et intestinale dans un modèle animal de choc hémorragique, et sera présenté sous forme de manuscrit soumis. Le deuxième volet de ce mémoire présente des données préliminaires d’une étude clinique prospective visant à évaluer la cinétique de l’acide urique chez une cohorte de patients traumatisés. Volet animal: Un choc hémorragique a été induit chez des rats Wistar en retirant du volume circulant titré à une tension artérielle moyenne (TAM) de 30-35 mmHg pendant 60 minutes. Les rats ont été réanimés avec une solution composée de sang retiré et de lactate ringer (1 :1), avec ou sans Uricase, une enzyme recombinante qui métabolise l’acide urique. Les résultats démontrent une diminution significative de plusieurs marqueurs d’hépatolyse (AST, ALT), inflammatoire (ICAM-1, MPO, TNF-alpha, IL-1, Caspase-1) et apoptotique (Caspase-3, -8, Bax/BCL-2, pAKT/AKT) au sein du groupe uricase. L’intervention sur l’acide urique a également pu prévenir l’augmentation de la perméabilité intestinale suite au choc hémorragique, de même que la translocation de produits bactériens en circulation (LPS). Volet clinique: Vingt patients subissant un choc hémorragique traumatique ont été recrutés de façon prospective à l’Hôpital Sacré-Cœur de Montréal, dans le cadre d’un projet pilote soutenu par le consortium de trauma du FRSQ. Des prélèvements d’acide urique sérique ont été effectués de façon sériée pendant 7 jours. Les critères de faisabilité, notamment les taux de consentement (95%) et d’observance des prélèvements sériés (90% pour le premier prélèvement, 65% pour les prélèvements aux 4 heures, et 73% pour les prélèvements aux 8 heures) ont été jugés acceptables. Les cinétiques d’acide urique étaient reproductibles dans l’ensemble de la cohorte (R2 = 0.87). L’aire sous la courbe était significativement plus élevée chez les patients avec un score de défaillance d’organes plus élevé à 72h (SOFA6). Conclusions: Bien que les mécanismes demeurent à élucider, ces travaux démontrent que l’acide urique est important médiateur dans l’atteinte des organes suivant un choc hémorragique. Cette molécule représente potentiellement une cible thérapeutique dont l’objectif ultime est de minimiser la défaillance d’organes suite au choc hémorragique.While hemorrhagic shock is the first cause of early mortality among severe trauma patients, organ failure leads to late mortality and morbidity in this population. Alarmins, molecules released after ischemia-reperfusion, are able to activate local and systemic inflammatory pathways and potentially represent a therapeutic target to minimize organ failure. Uric acid is a pro-inflammatory and pro-apoptotic molecule released after hemorrhagic shock and its role pertaining to organ failure is incompletely studied. The first part of this thesis presents a proof of concept that uric acid plays a key role in liver and intestinal damage in an animal model of hemorrhagic shock; it will be presented in the format of a submitted article. The second part of this thesis presents preliminary data from a prospective observational clinical study evaluating uric acid kinetics in a cohort of trauma patients. Animal study Hemorrhagic shock was induced with blood withdrawal among Wistar rats for a target mean arterial blood pressure of 30-35 mmHg for 60 minutes. Animals were resuscitated with a 1 :1 mix of Ringer Lactate and drawn blood with or without Uricase, a recombinant enzyme that metabolizes uric acid. Results show a statistically significant decrease in hepatocellular damage (plasma AST and ALT), inflammatory markers (ICAM-1, MPO, TNF-alpha, IL-1, Caspase-1) and apoptotic markers (Caspase-3, -8, Bax/BCL-2, pAKT/AKT) among the Uricase group. The intervention on uric acid also prevented increased intestinal permeability and bacterial product (LPS) translocation. Clinical study Twenty patients sustaining major trauma with hemorrhagic shock were prospectively recruited at Montreal Sacré-Cœur Hospital, in the context of a pilot study funded by the FRSQ trauma consortium. Uric acid concentration was determined serially for 7 days after trauma. Feasibility criteria, notably consent rate (95%), sampling observance rate (90% for first sample, 65% for samples every 4 hours, and 73% for samples every 8 hours) were considered acceptable. Uric acid kinetics were reproducible among the entire cohort (R2 = 0.87). The area under the curve was significantly increased among patients with higher sequential organ failure assessment score at 72h (SOFA³6). Conclusions Although mechanisms remain to be elucidated, these studies show that uric acid is an important mediator for the development of organ damage after hemorrhagic shock. This molecule potentially represents a therapeutic target with the ultimate goal of minimizing organ failure after hemorrhagic shock

EFFECT OF FATIGUE ON BASKETBALL THREE POINTS SHOT KINEMATICS

The purpose of this study was to measure the effect of fatigue on basketball shooting kinematics. Young elite players (n=8) were included in the study. Maximal and minimal 3D joint angles, at maximum and minimum centre of mass height were measured with inertial sensors (Moven Biomech, Xsens). Each player performed four 3 points shot (3PS) in dynamic conditions before and after a submaximal exercise (70% of maximal exhausting). This exercise consisted in a repetition of 20-meters sprints with 5 jumps between each sprint. Results showed that fatigue decreased hip joint angle and increased shoulder joint angle when the center of mass was at its lowest point. These biomechanical modifications did not alter the precision of shooting. This study demonstrated that fatigue has small effect on kinematics and precision of the 3PS

The effects of repeated sprints on the kinematics of 3-point shooting in basketball

Fatigue modifies the kinematics of various sports-related movements. Basketball induces fatigue, however, the effects of fatigue on the kinematics of shooting have never been studied. This study analysed the effects of fatigue induced by repeated sprints on the kinematics of 3-point shooting (3PS) in young, elite basketball players (U18 level). 3D joint angles were calculated at the maximum and minimum heights of the centre of mass during 3PS, using inertial measurement units (Biomech system, Xsens Technologies BV, Enschede, The Netherlands). Height, velocity and the angle of the ball at the time of release were extrapolated from the wrist joint angles. All players performed four 3PS actions in dynamic conditions before and after a fatigue protocol at 70% of their maximal exercise capacity. The fatigue protocol consisted of a shuttle test with repeated 20-m sprints interspersed with sets of 5 jumps. There was no change in the kinematics of 3PS (p > 0.05), or the ball release variables (p > 0.05) following the fatigue protocol. This suggests that elite basketball players are able to cope with physical fatigue while performing coordinated movements such as 3PS

Impact of uric acid on liver injury and intestinal permeability following resuscitated hemorrhagic shock in rats

BACKGROUND Multiorgan failure is a consequence of severe ischemia-reperfusion injury after traumatic hemorrhagic shock (HS), a major cause of mortality in trauma patients. Circulating uric acid (UA), released from cell lysis, is known to activate proinflammatory and proapoptotic pathways and has been associated with poor clinical outcomes among critically ill patients. Our group has recently shown a mediator role for UA in kidney and lung injury, but its role in liver and enteric damage after HS remains undefined. Therefore, the objective of this study was to evaluate the role of UA on liver and enteric injury after resuscitated HS. METHODS A murine model of resuscitated HS was treated during resuscitation with a recombinant uricase, a urate oxidase enzyme (rasburicase; Sanofi-Aventis, Canada Inc, Laval, Canada), to metabolize and reduce circulating UA. Biochemical analyses (liver enzymes, liver apoptotic, and inflammatory markers) were performed at 24 hours and 72 hours after HS. Physiological testing for enteric permeability and gut bacterial product translocation measurement (plasma endotoxin) were performed 72 hours after HS. In vitro, HT-29 cells were exposed to UA, and the expression of intercellular adhesion proteins (ZO-1, E-cadherin) was measured to evaluate the influence of UA on enteric permeability. RESULTS The addition of uricase to resuscitation significantly reduced circulating and liver UA levels after HS. It also prevented HS-induced hepatolysis and liver apoptotic/inflammatory mediators at 24 hours and 72 hours. Hemorrhagic shock–induced enteric hyperpermeability and endotoxemia were prevented with uricase. CONCLUSIONS After resuscitated HS, UA is an important mediator in liver and enteric injury. Uric acid represents a therapeutic target to minimize organ damage in polytrauma patients sustaining HS

Using Arms for Balance and Locomotion of Humanoid Robots

The 9.5th international symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines. Ottawa，Canada (Virtual Platform). 2021-06-22/25. Adaptive Motion of Animals and Machines Organizing Committee