Contexte

Le sujet de stage proposé s’inscrit dans le projet e-shoes, projet interdisciplinaire du LAAS-CNRS, qui consiste en la réalisation de prototypes de semelles connectées pour la mesure tridimensionnelle des actions mécaniques lors de la locomotion ou d’activités physiques. Il vient en complément d’un projet ANR (BAC2WALK) en cours associant plusieurs laboratoires.

La quantification des actions mécaniques tridimensionnelles lors de la locomotion (forces et moments d’appui) est un sujet difficile à étudier avec des méthodes classiques. En effet, elle ne peut se faire aujourd’hui qu’à l’aide de matériels de laboratoire, de plateformes de force, dispositifs coûteux et surtout impossible à déplacer étant encastrés dans le sol. Depuis, quelques années, on a vu apparaitre des semelles instrumentées à l’aide de capteurs capacitifs ou résistifs mais qui ne donnent que la valeur de la pression et donc de la composante normale de l’action mécanique de contact. L’objectif de ce projet est de développer et de valider selon des technologies microélectroniques des semelles embarquées à même de fournir des informations tridimensionnelles des actions mécaniques. Les applications potentielles sont nombreuses aussi dans le domaine de la santé, du sport, du vieillissement ou de la robotique.

Objectif du travail

Le projet vise ainsi à finaliser la conception et la caractérisation d’une technologie de semelle complète communicante réalisée en technologie additive. Elle intègre des capteurs magnétométriques associé à un élément magnétique. Les forces exercées sur chacun de ces éléments cylindriques fabriqués en matériau polymère créent un flux magnétique mesuré par les magnétomètres. Des premières simulations ont permis de montrer que la réponse des magnétomètres était linéairement proportionnelle aux forces résultantes exercées sur le capteur dans les 3 trois directions. Ces capteurs doivent permettre de donner une mesure précise de la force exercée pendant l’activité, à différents endroits du pied. Une (ou plusieurs) centrale inertielle sera également intégrée dans la semelle afin de disposer de données supplémentaires sur l’accélération et l’angle de rotation. Lors de la fabrication additive de la semelle, plusieurs paramètres ont été pris en compte : matériau utilisé (TPU, PDMS, résine), structure et géométrie de fabrication (nid d’abeille, gyroïde), positionnement et intégration des capteurs, connectique…

Les données fournies en Bluetooth et Wifi doivent permettre de calculer les actions mécaniques de contacts (forces et moments).

Deux phases seront conduites durant le stage, la conception de différentes tailles de prototypes de semelles en modifiant le design du prototype actuel et la réalisation par fabrication additive (imprimante 3D) des prototypes à différentes tailles, le test des semelles sur tapis de marche.

Dans le travail demandé, la mission sera de réaliser et caractériser les prototypes de semelle connectée intégrant une électronique interne permettant la mesure des forces exercées dans les 3 directions. Les capteurs sont répartis dans la structure de la semelle à des endroits stratégiques d'appuis du pied afin d’obtenir une cartographie très précise des forces et moments. Le module externe associé à la chaussure est constitué d’une unité de communication sans fil pour l’envoi des données auquel on lui associe un capteur inertiel.

Le travail consistera à :

- Redessiner et réaliser plusieurs tailles de semelles en fabrication additive 3D.

- Intégrer l’électronique et tester les semelles pour validation fonctionnelle.

- Participer à la caractérisation de la semelle et l’évaluation des forces réelles appliquées sur les différents capteurs lors de tests in situ suivant différents scénarios (marche, course, lever de poids, poussée).

Déroulé du stage

Ce stage d’une durée de 5 à 6 mois sera réalisé au LAAS-CNRS à Toulouse. Il sera encadré par Eric Campo, Professeur, équipe S4M.

Le stagiaire travaillera en lien d’autres étudiants (doctorant et stagiaire) recruté dans le cadre du projet ANR.

Compétences requises

Le candidat devra être de formation électronique-instrumentation et savoir mettre en œuvre des expérimentations et des tests de performance. Des compétences dans l’utilisation d’imprimantes 3D sont attendues.

Profil : Ingénieur(e)/Master issu(e) d’une formation en électronique et instrumentation

Durée : 5 mois

Encadrement : Eric Campo (S4M)

Contact : campo@laas.fr

Mots clés : Capteurs, microélectronique, semelles connectées, fabrication additive, instrumentation

Indemnisation : oui