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5 Avr, 2024

Un casque avec un capteur de vibrations pour conducteurs de pelles, surveille le cerveau

Un casque avec un capteur de vibrations pour conducteurs de pelles, surveille le cerveau

Le transducteur piézo-électret est discrètement intégré dans la sangle de fixation intérieure du casque.

Les chercheurs du Fraunhofer ont développé un casque avec un capteur d’accélération intégré pour les conducteurs de véhicules de construction. Le capteur du casque mesure les vibrations nocives qui affectent le corps. Un logiciel analyse les signaux des capteurs et montre le stress de la personne concernée. Cela permet de prendre des mesures de soulagement correspondantes. Un film piézo-électret flexible sert de capteur. Un modèle de démonstration du projet Flexeras sera présenté sur le stand commun Fraunhofer à la foire de Hanovre (22-26 avril 2024, hall 2, stand B24).

Les personnes qui conduisent des engins de construction lourds sont exposées presque continuellement à de fortes vibrations. Les excavatrices, chargeuses sur pneus ou bulldozers génèrent des vibrations à basse fréquence qui se propagent à travers le corps humain et peuvent causer des problèmes de santé à long terme, notamment une déficience visuelle ou des lésions de la colonne vertébrale et du cerveau, par exemple.

Dans le cadre de leur projet Flexeras, des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour la durabilité des structures et la fiabilité des systèmes LBF à Darmstadt en Allemagne ont développé une solution : un casque de protection avec un capteur d’accélération intégré enregistre les vibrations affectant le corps et les transmet via un émetteur à un système informatique externe, où ils sont analysés et visualisés. Cela permet de savoir à tout moment quand les limites de stress ont été atteintes pour la personne assise sur le siège du conducteur. Ainsi, des mesures peuvent être prises pour soulager le conducteur de la pelle, comme un meilleur amortissement du siège ou encore des pauses prises au bon moment.

Björn Seipel, expert en électromécanique et en automatisation chez Fraunhofer LBF, déclare : « Les vibrations globales du corps auxquelles sont exposés les conducteurs d’engins de chantier atteignent des valeurs d’accélération de 0,2 m/s² à 1,5 m/s² en moyenne ; les valeurs maximales peuvent être considérablement plus élevées. Notre capteur de casque facilite la mesure précise de la charge vibratoire lors des opérations quotidiennes. Sur cette base, la protection de la santé peut être considérablement améliorée.»

Outre le Fraunhofer LBF, l’Institut Fraunhofer pour les circuits intégrés IIS d’Erlangen a également été impliqué en tant que partenaire du projet. Le système sera présenté comme modèle de démonstration de casque à la Hannover Messe 2024 (22-26 avril 2024) sur le stand commun Fraunhofer (Hall 2, Stand B24).

Le film piézo-électret est expansé et recouvert d’aluminium comme couche de contact par dépôt en phase vapeur. Lorsqu’il est déformé par les forces d’accélération exercées sur lui, il émet une tension qui est enregistrée par le système sous forme de signal.

Au cœur de cette technologie se trouve un transducteur piézo-électret sous la forme d’un film de polypropylène flexible et discret qui sert de capteur. Le film est intégré à l’intérieur du casque au-dessus de la tête dans une sangle de fixation. Les vibrations qui émanent du véhicule de construction et traversent la carrosserie frappent le film sous forme de forces d’accélération et le déforment. Le degré de déformation détermine la tension du film piézo-électret, qui est transmise au module électronique sous forme de signal.

Dans le module électronique, les signaux sont traités, transférés vers une unité émettrice fixée au corps et envoyés à un ordinateur via une connexion sans fil. Le logiciel qui y est installé enregistre les signaux et affiche les vibrations des gammes de fréquences sélectionnées en temps réel.

 « Les fréquences comprises entre 4 et 6 Hz sont par exemple dangereuses pour la colonne vertébrale, et la tête et les yeux sont particulièrement menacés dans la plage comprise entre 20 et 30 Hz. Le logiciel peut être configuré pour émettre un avertissement lorsque certaines limites sont atteintes, par exemple », explique Denis Becker, expert chez Fraunhofer, du département Analyse expérimentale et électromécanique.

Pour analyser les données, les experts du Fraunhofer IIS ont apporté leur expertise dans le domaine de l’analyse des données pour les systèmes de capteurs médicaux. L’analyse des données permet également aux experts Fraunhofer de déterminer dans quelles plages de fréquences pertinentes les vibrations sont particulièrement fortes et de créer une sorte de profil de vibration pour chaque véhicule de construction.

Essais de vibrations lors de la conception de nouveaux véhicules de construction

La nouvelle technologie Fraunhofer crée la base d’une protection efficace des personnes travaillant avec des excavatrices, des tracteurs ou d’autres engins de chantier. Par exemple, les sièges peuvent être équipés d’éléments amortisseurs supplémentaires ou il est rappelé aux conducteurs de faire une pause lorsque le logiciel détecte qu’une limite de contrainte a été atteinte.

Le logiciel d’analyse visualise en temps réel les vibrations mesurées par le capteur du casque. La ligne supérieure montre le signal d’accélération ; plus la force des vibrations à différentes fréquences est faible.

 À l’avenir, l’unité de réception et le logiciel pourraient également être intégrés dans l’électronique embarquée des véhicules de chantier. «Lors du développement de nouveaux véhicules de construction, cette technologie permet de mesurer le niveau de vibrations puis de les réduire grâce à des mesures ciblées, même dans les premiers prototypes», ajoute Becker.

Avec Flexeras, Fraunhofer LBF apporte sa longue expertise dans le domaine des systèmes de transducteurs. Les experts développent, entre autres, des concepts et des idées pour transférer les systèmes de transducteurs existants tels que les films piézo-électret vers de nouvelles applications.

Aide aux employeurs et aux associations de responsabilité patronale

L’industrie porte un grand intérêt à cette technologie Fraunhofer. En effet, les employés qui tombent malades après avoir travaillé trop longtemps sur un véhicule de chantier ne posent pas seulement un problème aux employeurs en termes de devoir de diligence, mais aussi de coûts. Le capteur de casque aide les associations médicales et les associations de responsabilité patronale avec une évaluation différenciée et basée sur des données du stress réel sur les travailleurs. D’autres applications sont envisageables. «Notre technologie convient généralement aux personnes de tous les groupes professionnels fréquemment exposés à des contraintes biomécaniques élevées», explique Björn Seipel.

Les visiteurs de la Hannover Messe 2024 peuvent découvrir la solution en direct grâce à un modèle de démonstration sur le stand commun Fraunhofer (hall 2, stand B24).

https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2024/april-2024/helmet-with-vibration-sensor-for-excavator-drivers.html