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 projet

Le projet e-shoes vise ainsi à concevoir 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 doivent être 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 par un moyen de communication adapté permettront de calculer les actions mécaniques de contacts (forces et moments). Deux phases seront conduites durant le stage, l’aide à la réalisation des prototypes notamment par l’étude de l’optimisation du positionnement des capteurs, la fabrication additive utilisant différents paramètres de configuration, les tests et caractérisation sur banc de tests (colonne et plateforme de force).

Dans le travail demandé, il s'agira d’aider à la conception d’un prototype de semelle connectée intégrant une électronique interne permettant la mesure des forces exercées dans les 3 directions. Les capteurs seront 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’un capteur inertiel et d’une unité de communication sans fil pour l’envoi des données.

Le travail consistera à :

- Tester différentes configurations de paramétrage pour optimiser le procédé de fabrication additive de la semelle (géométrie, épaisseur, type de polymère, configuration imprimante).

- Tester et caractériser une semelle multicapteurs sur tapis de marche suivant différentes configurations.

- Evaluer les forces réelles appliquées sur les différents capteurs lors de tests in situ suivant différents scénarios (marche, course, lever de poids, poussée).

- Réaliser un prototype complet intégré.

Déroulé du stage

Ce stage d’une durée de 5 à 6 mois sera réalisé au LAAS-CNRS à Toulouse.

Le stagiaire travaillera en lien très étroit avec un ingénieur recruté dans le cadre du projet ANR et d’autres étudiants (stagiaire en biomécanique et doctorants du projet).

Compétences requises

Le candidat devra être de formation électronique-instrumentation et savoir mettre en œuvre des expérimentations et des tests de performance. Il maitrisera l’anglais. Des compétences en test et caractérisation sont attendues. Une expérience dans l’utilisation d’imprimante 3D et des technologies de communication IoT sera appréciée.

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

Durée : 6 mois

Encadrement : Eric Campo (S4M)

Contact : campo@laas.fr

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

Indemnisation : oui