Archives de la catégorie ‘Santé et médecine militaire’

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Note : le rythme de ce blog est un peu ralenti, étant actuellement en Floride à l’occasion du salon IITSEC. Je prie mes lecteurs de bien vouloir m’en excuser.

Je poursuis mon petit compte-rendu du Forum DGA innovation avec un projet présenté par l’Institut Saint-Louis (ISL) et le laboratoire COTRAL (ARTA Group). Il s’agit d’un système permettant à la fois de protéger les oreilles du combattant des bruits fatigants ou dangereux, et de communiquer par voie intra-auriculaire.

J’avais déjà parlé dans ce blog du projet TCAPS (tactical communications and protective system) financé par l’Armée américaine, ayant permis de développer le dispositif INVISIO X50. L’objectif était de protéger les oreilles du combattant, via des écouteurs jouant le rôle de bouchons d’oreilles en laissant passer les communications, mais en stoppant  les bruits traumatisants (voir mon article ici). TCAPS est capable de se connecter à une radio ou à un smartphone, pour permettre d’utiliser également le bouchon d’oreille comme écouteur.

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J’avais également mentionné le casque HOPLITE de la société française Elno, qui devrait être bientôt mis sur le marché – la vidéo ci-dessous en présente le concept.

Au forum DGA Innovation, c’est une autre approche française qui a été présentée. Le projet s’appelle BANG pour Bouchon Auriculaire de Nouvelle Génération. Il consiste en un bouchon auriculaire actif, comportant deux microphones (interne et externe) et un haut-parleur. Sur la photo ci-dessous le système est disposé sur une tête artificielle développée par l’ISL pour tester l’exposition aux bruits.

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Le dispositif autonome est relié à un boîtier réalisant l’analyse et le traitement des signaux. L’objectif est double : utiliser un dispositif de suppression active de bruit, capable de diminuer les signaux sonores fatigants en continu (avec la possibilité de définir un seuil journalier), mais également capable de réagir instantanément à un bruit traumatisant (départ de coup, explosion, tirs…).

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Mais là où le système va résolument plus loin que TCAPS, c’est qu’au-delà de ses capacités de protection, c’est également un système de communication intégré, sans microphone externe. On communique avec ses oreilles, en quelque sorte.

Le système est en effet muni de deux microphones, permettant à la fois de capter les bruits ambiants (et de comparer le bruit externe et interne), mais aussi de diffuser la parole du combattant. Le soldat muni du dispositif parle, sans micro externe (donc sans bruits parasites),  et sa parole est captée via les vibrations du tympan. Les concepteurs du système à l’ISL et chez Cotral travaillent également sur la spatialisation du son diffusé, permettant de différencier les interlocuteurs par un son émis à gauche ou à droite du bouchon d’oreille.

Il s’agit du résultat d’une étude amont financée par la DGA. Le système est aujourd’hui en phase de pré-série. Le laboratoire Cotral va ainsi produire une trentaine d’exemplaires qui seront testés par l’ISL avec le soutien de la section technique de l’Armée de Terre (STAT) dès janvier 2017.

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Il reste maintenant à espérer que ce produit coûtera moins cher que son « concurrent » américain (même si les fonctions ne sont pas identiques). Car ce dernier est commercialisé à 2000$/pièce, un prix qui ne permet pas d’envisager sa généralisation à l’ensemble des soldats. Le combattant peut en effet être augmenté, en ce qui concerne son porte-monnaie, c’est plus problématique…

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Non, ce n’est pas de la science-fiction (encore une fois). On le sait depuis longtemps, la DARPA s’intéresse de près au principe de l’hybridation neuronale, et en particulier de la stimulation du cerveau associée au contrôle de prothèses de membres. Elle a en particulier développé une nouvelle prothèse « neuro-technologique » pouvant être contrôlée par la pensée du patient, dans le cadre du programme « Revolutionizing Prosthetics ».

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L’idée était alors de donner un contrôle presque naturel de ces prothèses (en l’occurrence des bras artificiels) en permettant un contrôle cérébral du mouvement, mais également un traitement des informations des capteurs (comme le sens du toucher via des capteurs placés au bout des doigts artificiels). Pour ce faire, les chercheurs ont créé des micro-implants cérébraux connectés au cortex moteur et au cortex sensoriel des patients. Et cela a marché : ces derniers ont pu contrôler leurs mouvements et ressentir des sensations au bout de leurs « doigts ». La vidéo ci-dessous illustre le concept.

En développant cette technologie (déjà impressionnante), les chercheurs en sont venus à s’intéresser à la plasticité neuronale, c’est-à-dire à la capacité à créer et réarranger des connexions dans le cerveau. Lors d’un nouvel apprentissage ou d’une nouvelle expérience, le cerveau établit une série de connexions neuronales, qui correspondent à des routes pour l’intercommunication des neurones. Après l’acquisition de nouvelles connaissances et la pratique, la communication entre les neurones impliqués est renforcée : la plasticité synaptique (cette capacité à réorganiser les communications entre neurones) comme la neurogenèse jouent donc un rôle clé dans l’apprentissage.

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En travaillant sur les implants pour le contrôle de prothèses, les chercheurs de la DARPA en sont venus à s’intéresser à la stimulation du système nerveux périphérique, cette stimulation étant justement créatrice de neuroplasticité. Au 4th Annual Defense One Summit, conférence annuelle ayant lieu à Washington, la directrice de la DARPA, Arati Prabhakar, a annoncé que l’agence s’engageait dans cette voie de recherche : stimuler par des micro-implants le système nerveux pour accélérer les capacités d’apprentissage du cerveau. Il s’agit de réactiver ce que l’on appelle la « période critique » : la période pendant laquelle le cerveau d’un être humain est plus plastique, plus adaptable, et capable d’apprentissage rapide.

Cet « homme augmenté » (au sens générique du terme, bien entendu) pourrait ainsi apprendre une langue étrangère aussi rapidement qu’un jeune enfant, créer des super-cryptographes (l’idée est vraiment de la DARPA) ou récupérer rapidement ses fonctions après une lésion traumatique.

Ce nouveau programme a été baptisé TNT (!) pour Targeted Neuroplasticity Training. Son objectif précis est « d’accélérer le rythme et d’optimiser l’efficacité de l’apprentissage (entraînement des capacités cognitives) par l’activation précise des nerfs périphériques pouvant agir sur le réarrangement et le renforcement des connexions cérébrales » (ouf).

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La DARPA vise à développer une plate-forme technologique autour de ce concept, au travers d’une approche itérative. La première phase vise à mieux comprendre les liens entre stimulation du système nerveux périphérique, accélération de l’apprentissage et fonctions cognitives (en évitant les effets collatéraux). Une phase d’ingénierie visera alors à développer un système (au moins au début) non invasif permettant la stimulation ciblée du système nerveux. Le but est d’accélérer le rythme de l’apprentissage, mais aussi de garantir la consolidation à long terme des informations acquises.

Pour ce faire, la DARPA lance un appel à collaboration (vous le trouverez ici ) en espérant rassembler une équipe pluridisciplinaire d’ingénieurs, de neurobiologistes, d’informaticiens, de spécialistes en sciences cognitives et en ingénierie biomédicale.

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Avec son budget annuel supérieur à 3 milliards d’euros, la DARPA montre encore une fois une capacité à investir dans des voies de recherche multiples et risquées. Comme le disait Oscar Wilde, « Il faut toujours viser la lune, car même en cas d’échec on atterrit dans les étoiles ». Encore faut-il avoir le financement permettant de construire la fusée…

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Connaissez vous le biomimétisme ? C’est l’inspiration puisée dans la Nature pour résoudre des problèmes d’ingénierie complexe. Les exemples sont nombreux : par exemple, l’imitation du motif de la carapace du scarabée de Namibie pour développer une gourde capable de se remplir en plein désert en capturant l’eau présente dans l’air ambiant (voir ci-dessous).

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On peut citer de nombreux exemples. L’un des plus connus est l’imitation des rémiges à l’extrémité des ailes des rapaces. Ces plumes écartées leur permettent de diminuer les tourbillons de traînée , et ont donné naissance au développement des « winglets », ces ailerons situés en bout d’aile sur tous les avions modernes. On peut également citer la structure des pattes du gecko pour créer des adhésifs nanométriques, capables de donner naissance à de véritables fantassins-araignées (voir cet article). Ou la plume du pingouin pour créer des nouveaux joints thermiques pour la rentrée des capsules spatiales dans l’atmosphère… les exemples sont donc légion. Mais dans les applications pour le domaine de la défense, la championne incontestable est la crevette-mante religieuse (connue également sous les noms de crevette-pistolet, crevette-paon, ou squille), et j’ai trouvé intéressant d’en faire le sujet de cet article.

Ce petit crustacé, de la taille d’une langoustine, est capable de vous casser une main sans aucun problème (d’ailleurs en anglais, on l’appelle « thumb splitter » – autant dire qu’il faut savoir le saisir). Car la bestiole possède deux organes semblables à des marteaux qu’elle utilise pour pêcher ses proies. C’est d’ailleurs pour cela qu’on ne la voit jamais dans un aquarium : elle tuerait tous les autres occupants sans aucun problème (et les plus gros spécimens, de 20cm, pulvériseraient l’aquarium lui-même). Le rapport avec la Défense ? J’y viens…

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Les marteaux en question sont eux-mêmes assez sophistiqués; à l’échelle nanométrique, ils sont composés de chitine, un matériau que l’on retrouve chez de nombreux arthropodes. Mais chez notre crevette, la chitine du marteau est cinq fois plus dense que le reste de son corps et organisée de telle manière à dissiper l’énergie, ce qui lui permet de ne pas se blesser (pour être précis, chaque marteau est composé d’un sandwich de chitosane et d’hydroxyapatite). Car le coup part à la vitesse d’une balle de calibre 22, créant une telle onde de choc que notre crevette assomme toutes les créatures à moins de 80cm d’elle.  Je vous conseille cette vidéo de l’attaque d’un poulpe par une squille. Impressionnant.

Chaque marteau frappe avec une force colossale de 1500 Newtons.  L’impact est si violent qu’il engendre des étincelles.Ces étincelles ont été étudiées par spectrographie. Leur température est proche…de celle de la surface du Soleil. Notre petit crustacé, outre l’onde de choc, crée donc une véritable explosion, qui engendre une bulle de vapeur (en gros, l’eau bout au point d’impact). C’est ce que l’on appelle la supercavitation.

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Ce mode d’action est connu depuis longtemps, et la squille a été étudiée en particulier par les Chinois et les Russes. Ces derniers ont ainsi, en s’inspirant de notre crevette, développé une torpille, la Chkval, pouvant se déplacer sous l’eau dans sa bulle d’air, à la vitesse de 370km/h (en gros, le double de la vitesse d’une torpille classique) – ci-dessous, l’extrémité d’une torpille Chkval.

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Les allemands auraient aussi développé une torpille baptisée « Superkavitierender Unterwasserlaufkörper » – et nos alliés américains sont en train de développer un programme analogue (avec très peu d’information disponible).

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Quant aux Chinois, ils ont annoncé avoir développé un concept de sous-marin supersonique, capable de voyager de Shanghai à San Francisco en 100 minutes (!), en utilisant la supercavitation et une «membrane liquide capable de réduire la trainée hydrodynamique ». Sans possibilité de vérification, on ne peut qu’être dubitatif. D’autant que la contrôlabilité d’un tel engin est problématique, ainsi que son mode de propulsion (combustible classique ? nucléaire ?).

Reste que notre super-crevette n’a pas dit son dernier mot dans le domaine de l’innovation. Ses couleurs chatoyantes s’expliquent ainsi par une hyper-sensibilité visuelle étonnante. Alors que l’œil humain ne dispose que de 3 types de cônes, la squille en possède…16 ! Elle reçoit la lumière d’une manière très différente de l’œil humain : on appelle cela la vision CPL pour Circular Polarized Light. De plus, les yeux du crustacé possèdent trois pseudo-pupilles qui lui permettent de trianguler la position de sa cible. Certains travaux visent donc à s’inspirer de ce mode de vision complètement différent de tout ce qui est connu, pour développer une nouvelle génération de caméras capables de distinguer et de cibler des différences infimes dans l’infrarouge ou l’ultraviolet.

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Et pour conclure, l’animal est aussi source d’inspiration pour le combattant augmenté. Des chercheurs de l’Université de Californie (Kisailus Biomimetics and Nanostructured Materials Lab) ont ainsi reçu un financement d’un demi-million de dollars par l’armée américaine (Air Force Office of Scientific Research), afin de s’inspirer de la carapace des marteaux de la squille pour trouver des nouveaux matériaux capables de jouer un rôle de protection balistique. Des essais reproduisant la structure de la carapace (modélisée par une technique utilisant les éléments finis) par impression 3D sont en cours – un prototype de casque a ainsi été développé.

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Le biomimétisme est donc un domaine d’avenir, en pleine expansion. Et ses applications dans le domaine de la défense sont nombreuses et encore largement sous-exploitées (notamment dans le domaine de la médecine militaire). Une filière biomimétique de défense en France pourrait ainsi avoir du sens, après tout, comme le disait Montaigne : « la Nature peut tout et fait tout ».

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Comme disait l’autre, tant qu’à avoir un combattant, autant en avoir un sans fil. Autrement dit, la génération d’énergie nécessaire au bon déroulement des opérations est toujours un problème prégnant, qu’il s’agisse des forces spéciales ou conventionnelles. C’est aussi une dimension structurante dans la problématique de l’allègement du combattant, nécessitant de développer des batteries plus légères, plus endurantes, plus robustes.

Mais une autre voie est en train d’apparaître : l’utilisation de l’énergie cinétique fournie par le combattant lui-même afin de générer de l’énergie électrique utilisable. Dans ce domaine, la société Bionic Power a dévoilé le PowerWalk, un système destiné à équiper le genou des combattants.

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Il s’agit d’un dispositif articulé de 1.8kg, qui se fixe sur chaque jambe et qui génère de l’électricité en fonction de la flexion du genou. Mais au-delà de la connexion à un générateur, le PowerWalk dispose d’une certaine intelligence, en l’espèce, un calculateur qui analyse la marche de l’utilisateur et optimise le stockage de l’énergie en fonction de cette dernière. Car bien que le concept de récupération de l’énergie cinétique humaine soit connu depuis longtemps, la société BionicPower a investi pour en dériver un produit compatible avec une utilisation militaire.

En effet, il ne faut pas « juste » récupérer de l’énergie. En ce cas, on risque de gêner le combattant en générant un frein à son mouvement. Pour éviter cet écueil, le PowerWalk dispose d’un senseur, et d’un système de contrôle temps réel permettant d’assister, à la manière d’un exosquelette, les muscles de la jambe lorsque la récupération d’énergie et le poids du dispositif risquent de gêner le porteur.

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Cette assistance permet en outre d’économiser l’effort du combattant en réduisant jusqu’à 20% le coût métabolique, et 28% l’activité musculaire par rapport à un fantassin non équipé. Outre l’asservissement, c’est également la forme « biomimétique » de l’orthèse qui permet de ne pas gêner le mouvement naturel. Les différents testeurs disent d’ailleurs qu’ils oublient qu’ils portent le dispositif 20mn après le début de la mission.

La société annonce que le PowerWalk permet de générer de l’ordre de 10 à 12W, voire 25W lorsque l’utilisateur descend une pente de 15%. Pour donner une idée, cela signifie qu’en 1h, il est possible de charger jusqu’à 4 smartphones en utilisant la technologie.

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Notons également qu’il s’agit d’un dispositif plutôt silencieux : en plein fonctionnement, il génère moins de 40dB à 1m, ce qui correspond au bruit généré par un lave-vaisselle silencieux. Perfectible donc mais pas rédhibitoire. En outre, le système est durci aux chocs, et supporte une immersion temporaire. Tout ceci montre que malgré la simplicité du concept, le développement d’un produit performant en environnement militaire n’est pas évident.

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Le dispositif est encore à un TRL (technology readiness level) de 7. Le projet a pour l’instant bénéficié d’un financement de 5 millions de $ au total (en comptant la pré-production de prototypes). Des tests sur le terrain, dans le cadre du programme U.S. Joint Infantry Company Prototype (JIC-P) et impliquant l’armée de Terre américaine ainsi que les US Marines débuteront à la mi-2017.

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Le 15 novembre 2012, un F22 Raptor, fleuron de l’armée de l’air américaine, se crashait en Floride sur la base de Tyndall, heureusement cette fois-ci sans faire de victime, son pilote ayant réussi à s’éjecter in extremis. La raison pour laquelle 412 millions de dollars se sont transformés en chaleur et lumière ? L’hypoxie, soit le manque d’oxygène, qui a causé la perte de connaissance du pilote. En l’occurrence, il s’agissait d’une valve défaillante sur le gilet anti-G (ci-dessous) du pilote qui était en cause.

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Il ne s’agit pas d’un cas isolé : l’hypoxie d’altitude est connue depuis longtemps. Si un avion de ligne est pressurisé, ce n’est pas le cas d’un avion de chasse, qui, de plus, subit des vitesses ascensionnelles très rapides. Le manque d’oxygène se traduit alors par des troubles visuels, neuro-psychiques,  sensitivo-moteurs, pouvant aller jusqu’à la perte de connaissance. D’autres pilotes que ceux du F22 Raptor (par exemple des pilotes de F/A-18) connaissent régulièrement ce type de problèmes.

L’enregistrement audio (authentique) ci-dessous montre les effets dévastateurs d’une hypoxie chez un commandant de bord.

Face à ce danger, plusieurs approches ont été testées, avec une difficulté majeure : détecter le manque d’oxygène avant qu’il n’affecte le pilote car, compte tenu des caractéristiques d’un avion de chasse, toute seconde compte.  La société britannique Cobham Avionics vient ainsi d’annoncer la signature d’un accord avec l’US Air Force, afin de fournir le système AMPS (Aircrew Mounted Physiologic Sensing System 2.6) destiné à détecter l’hypoxie le plus tôt possible avant la crise.

Ce système repose sur l’intégration de capteurs de respiration sur le masque du pilote, avec une suite d’autres capteurs au sein du système embarqué de gestion de l’oxygène. Dans une telle approche, la difficulté consiste à détecter et mesurer l’écart à la normalité, une référence qui varie avec chaque pilote, chaque condition de vol, chaque appareil. Un problème de traitement du signal et de fusion d’informations, très différent d’un pilote à un autre.

Une autre difficulté consiste à développer des capteurs suffisamment légers, compacts, sensibles et capables de résister aux conditions d’utilisation militaire. Pour cela, Cobham a fait appel à une spin-off de la NASA, la société Orbital Research. Cette société est connue pour avoir réalisé le système PUMA, pour Portable Unit for Metabolic Analysis.

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Le masque PUMA (ci-dessus) intègre ainsi des capteurs d’oxygène, de dioxyde de carbone, de pression respiratoire, ainsi que des capteurs pour mesurer le volume et le flux d’air, la température et le rythme cardiaque du pilote.

Le système de capteurs d’inhalation est développé par Cobham sur fonds propres, l’US Air Force financera l’unité de mesure de l’expiration ainsi que le développement de huit prototypes.

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Le théâtre d’opération est un milieu complexe, et parfois traumatisant. Pour protéger leurs oreilles des bruits trop forts (explosions, coups de feu, moteurs…), les fantassins pourraient porter des bouchons d’oreilles, au risque de ne pas bien percevoir leur environnement, et au détriment de la communication avec leurs chefs, camarades ou subordonnés. Le résultat ? La majorité refusent de porter de telles protections, et vivent donc avec l’angoisse d’une perte de l’audition, allant jusqu’à l’accentuation d’un syndrome de stress post-traumatique (PTSD). Un problème de santé dont le coût est chiffré à plus d’un milliard de $ par an aux USA (selon un rapport émanant du Department of Veterans Affairs).

Quelques sociétés ont donc naturellement cherché à doter les combattants de moyens de protection « intelligents ». C’est par exemple le cas de la société américaine INVISIO qui a développé le TCAPS, pour « tactical communications and protective system ».

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Il s’agit du résultat d’un projet financé par l’US Army, et qui a permis de développer des écouteurs jouant le rôle de bouchon d’oreille : ils laissent passer les communications, mais stoppent les bruits traumatisants. Le TCAPS est un dispositif qui « écoute l’environnement du fantassin », et écrête le signal sonore si celui-ci dépasse une certaine intensité. La vidéo ci-dessous présente le système:

Le dispositif en lui-même ((baptisé INVISIO X50) est constitué d’écouteurs de 5g, et d’une unité de contrôle capable d’évaluer l’environnement sonore, et qui pèse 250g. Le tout est relié à un smartphone. Le système possède une autonomie de 100h avec une simple pile AA. Il peut subir une immersion sous 2m d’eau sans dommage. Seul petit problème, qui devient un problème de taille si l’on considère le nombre de soldats à équiper : il coûte environ 2 000$/pièce !

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Mais les sociétés françaises ne sont pas en reste (comme quoi, je ne parle pas uniquement des américains !). La société française bien connue ELNO, spécialiste en équipements de communication en environnement sévère, a communiqué lors du dernier salon Eurosatory sur un nouveau produit, appelé Hoplite en référence au casque des fantassins de la Grèce antique.

Il s’agit d’une nouvelle génération de casques communicants, permettant au combattant de disposer d’un son ostéophonique (la conduction osseuse est une spécialité d’ELNO), ergonomique, mais permettant une perception spatiale complète de l’environnement sur 360°. Les oreilles du combattant sont protégées par des coquilles, mais comme dans le système TCAPS, la perception du théâtre opérationnel est préservée. En avant-première, voici à quoi ressemblera le casque Hoplite:

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Il devrait être prochainement disponible – à ce moment là, je pourrai communiquer sur ses caractéristiques technologiques, pour l’instant encore confidentielles. Pour plus d’information et si vous êtes plus persuasifs que moi, voici le site de la société: http://www.elno.fr/fr/.

Comme le rappelait récemment le directeur de la Section Technique de l’Armée de Terre, il ne faut pas oublier que chaque innovation technologique dans le monde de la défense doit bénéficier en premier lieu aux hommes et aux femmes qui sont au contact, en opérations. C’est bien le cas ici.

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Dans ce blog, on aime bien également suivre le devenir des innovations qui ont déjà fait l’objet d’un article. En l’occurrence, un petit coup de projecteur sur TALOS. Si vous vous en souvenez (voir cet article), TALOS – pour Tactical Assault Light Operator Suit – est une armure individuelle développée pour les besoins des forces spéciales américaines (US SOCOM). Elle consiste en une panoplie technologique très impressionnante censée rentrer en service en 2018, en vue d’assurer une protection balistique optimale aux fantassins.

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En particulier, TALOS possède une armure liquide intégrée, activée par champ électrique (rappel : il s’agit d’un matériau magnétorhéologique à base de nanoparticules, capable de changer son état de liquide à solide en quelques millisecondes, lorsqu’un champ magnétique ou électrique est appliqué). Lors de la conférence 2016 Special Operations Forces Industry Conference (SOFIC), l’US SOCOM est revenu sur le projet pour en donner les avancées actuelles.

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Au-delà de la protection conférée par le liquide, TALOS comprend des senseurs pour la vision augmentée du fantassin (IR, IL), un système intégrée de chauffage/refroidissement,  des capteurs permettant d’inférer l’état physique, voire des systèmes permettant automatiquement de stopper une hémorragie ou de fournir de l’oxygène. General Atomics, le célèbre fabricant de drones, est également de la partie, puisqu’il fournit un générateur hybride thermique/électrique pour l’armure. Capable de monter à 10 000 rpm (assez bruyamment), le système peut passer en « tout-électrique » pour préserver la discrétion. Il est également équipé des nouveaux moteurs de LiquidPiston (ci-dessous) pour mouvoir l’exosquelette.

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Le planning est agressif puisqu’un premier prototype devrait voir le jour pour Aout 2018 ! Le coût du programme est estimé à 80M$ – un montant que beaucoup trouvent sous-estimé. Mais le programme a donné naissance à des « spin-offs », au premier chef d’entre elles la société REVISION.

A partir des spécifications de TALOS, la société REVISION a en effet développé le Military’s Kinetic Operations Suit, un concept qui équipe le fantassin d’un exosquelette pour les membres inférieurs, et d’une colonne vertébrale rigide, pour faciliter l’emport de charges.

Le système a également un mode réfrigération incorporé, et permet de protéger le fantassin à 60% (contre 18% actuellement) des impacts de balles. Tout ceci a mené le président Obama à déclarer publiquement « nous construisons un IronMan ». Restent encore quelques grandes interrogations : le coût, le poids, l’efficacité du système énergétique, et…la facilité à utiliser son armement des deux mains, tout en contrôlant l’armure.

La société REVISION (mais a priori sans l’armure complète) sera présente la semaine prochaine lors du salon Eurosatory 2016. Pour s’inscrire, c’est gratuit (mais réservé aux professionnels et au plus de 16 ans), et c’est ici