introduction
Les prothèses bioniques sont les plus performantes dans leur domaine. Elles interagissent directement avec le système nerveux ou musculaire de l'individu. Dans cette partie nous étudierons les prothèses myoéléctriques et les prothèses neuronales.
les differents types de prothèses bioniques
Des prothèses différentes
Les prothèses myoéléctriquesUne prothèse myoélectrique fonctionne grâce à des capteurs. Ces derniers sont situés dans l'emboîture, dans laquelle le moignon est placé et sont collés à la peau. Chaque fois qu’un nerf transmet un signal, une légère tension à la surface de la peau (de l’ordre du microVolt) est produite. Leurs places privilégiées permettent aux électrodes de capter ces signaux électriques, les enregistrer, les amplifier à l’aide d'un système éléctronique. puis les transmettent aux moteurs chargés de l'exécution des mouvements. |
Ce type de prothèses fonctionne grâce aux contractions musculaires du patient. Pour un bon fonctionnement des prothèses myoélectriques le positionnement des électrodes est très important. On utilise un testeur du nom de MyoBoy (ci-contre), qui nous permet de visualiser sur un ordinateur, les contractions musculaires. On peut donc trouver l’endroit où le muscle est le plus apte pour activer le fonctionnement de la main, c’est le point moteur.
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les prothèses neuronales
Ce type de prothèse est le plus évolué, son fonctionnement consiste à utiliser les terminaisons nerveuses encore actives du moignon et de les relier à des électrodes qui remplacent les nerfs dans la prothèse. Pour cela une opération chirurgicale est nécessaire. Lorsque le bras est totalement amputé, ce sont les nerfs de la poitrine qui sont utilisés. Le capteur neuronal reçoit un signal de la part du nerf, il le transmet, grâce aux fils électriques et indique au moteur d’effectuer un certain mouvement. Contrairement aux capteurs myoéléctriques qui récupèrent l’information à la surface de la peau, les capteurs neuronaux la récupèrent directement au niveau des nerfs voir du cerveau lui même.
Une interface (c'est-à-dire un dispositif qui permet des échanges et des interactions entre les différentes parties qui le composent) humain-machine permet un échange entre l’humain et la machine, ce qui permet au patient d’avoir le contrôle de sa prothèse. Ce type de prothèse permet au patient des mouvements plus précis et un détachement des doigts (facilitant la prise des objets), ce qu’une prothèse myoélectrique n’est pas en capacité de faire.
Sur la tête de la prothèse (partie de la prothèse fixée sur le moignon), sont placées des électrodes, ces dernières vont directement capter le message nerveux et l’envoyer vers une puce capable d’analyser des centaines de messages et de les convertir en une vingtaine de mouvements différents. Une fois la convertion du message finie, le moteur va faire appliquer à la prothèse le mouvement demandé. Pour conclure, la prothèse neuroélectrique peut effectuer plusieurs mouvements à la fois et plus rapidement, ce qui est un vrai plus pour le patient puisqu’il ne devra plus penser son mouvement plusieurs fois (comme les prothèses myoélectriques) pour qu’il soit continu mais pourra penser comme s’il possédait un vrai membre.
Une interface (c'est-à-dire un dispositif qui permet des échanges et des interactions entre les différentes parties qui le composent) humain-machine permet un échange entre l’humain et la machine, ce qui permet au patient d’avoir le contrôle de sa prothèse. Ce type de prothèse permet au patient des mouvements plus précis et un détachement des doigts (facilitant la prise des objets), ce qu’une prothèse myoélectrique n’est pas en capacité de faire.
Sur la tête de la prothèse (partie de la prothèse fixée sur le moignon), sont placées des électrodes, ces dernières vont directement capter le message nerveux et l’envoyer vers une puce capable d’analyser des centaines de messages et de les convertir en une vingtaine de mouvements différents. Une fois la convertion du message finie, le moteur va faire appliquer à la prothèse le mouvement demandé. Pour conclure, la prothèse neuroélectrique peut effectuer plusieurs mouvements à la fois et plus rapidement, ce qui est un vrai plus pour le patient puisqu’il ne devra plus penser son mouvement plusieurs fois (comme les prothèses myoélectriques) pour qu’il soit continu mais pourra penser comme s’il possédait un vrai membre.
capacités sensorielles
Le fait qu’une prothèse bionique soit capable de traduire des informations envoyées par le cerveau en fait un objet extrêmement utile pour les personnes amputées. Cependant, toutes n’offrent pas un retour sensoriel, primordial lui aussi, notamment pour adapter la force de son geste et/ou ressentir l’objet. La prochaine étape pour les scientifiques sur les prothèses est de créer un appareillage permettant de faire sentir aux patients des sensations telles que la pression et la chaleur. La peau humaine est sensible à trois types d’interactions (pression, toucher et température). Les scientifiques ne sont plus très loin du résultat, en effet certaines prothèses peuvent détecter la pression afin de ne pas serrer trop fort les objets fragiles. Ces prothèses de main sont munies de capteurs tactiles et sensoriels à chaque doigts. Ces prothèses en sont encore au stade de test mais pourrait être commercialisées définitivement en 2015.
Ces deux types de prothèses sont directement en interaction avec le métabolisme de l’individu en bénéficiant. Elles représentent les meilleurs espoirs pour les personnes amputées mais ces technologies restent cependant très peu abordables : de 40000 à 60000 € pour une prothèse bionique.
Ces deux types de prothèses sont directement en interaction avec le métabolisme de l’individu en bénéficiant. Elles représentent les meilleurs espoirs pour les personnes amputées mais ces technologies restent cependant très peu abordables : de 40000 à 60000 € pour une prothèse bionique.
les avancées en robotique
les prothèses les plus avancées
Les innovations technologiques qui s'appliquent aux prothèses possèdent des contraintes particulières à cause de la performance de nos membres. Les entreprises ont pour but de trouver les prothèses les plus confortables, résistantes, et légères.
Afin de répondre aux demandes de plus en plus poussées, l'entreprise Bebionic a créé en 2012 une main myoélectrique, encore aujourd'hui à la pointe de cette technologie. Les doigts sont très précis, ils se plient facilement et naturellement, en raison du microprocesseur, qui donne constamment la position de chaque doigt, et des moteurs individuels répartissant mieux le poids dans la main et qui rendent la coordination plus facile, le pouce possède aussi un capteur, ce qui est inédit. La main est très fonctionnelle du fait de ses nombreuses positions. C’est une prothèse solide, la conception de la paume permet de la protéger des chocs et les matériaux de pointe la rende plus robuste : elle permet de porter jusqu’à 45kg. Elle évite aussi les accidents car elle détecte, lorsque les éléments ne sont pas bien saisis et modifie la pression exercée. Enfin le logiciel BeBalance associé permet de programmer ses préférences en fonction de ses habitudes de vie. La vidéo suivante est une démonstration très convaincante de la performance execptionnelle de cette prothèse.
Afin de répondre aux demandes de plus en plus poussées, l'entreprise Bebionic a créé en 2012 une main myoélectrique, encore aujourd'hui à la pointe de cette technologie. Les doigts sont très précis, ils se plient facilement et naturellement, en raison du microprocesseur, qui donne constamment la position de chaque doigt, et des moteurs individuels répartissant mieux le poids dans la main et qui rendent la coordination plus facile, le pouce possède aussi un capteur, ce qui est inédit. La main est très fonctionnelle du fait de ses nombreuses positions. C’est une prothèse solide, la conception de la paume permet de la protéger des chocs et les matériaux de pointe la rende plus robuste : elle permet de porter jusqu’à 45kg. Elle évite aussi les accidents car elle détecte, lorsque les éléments ne sont pas bien saisis et modifie la pression exercée. Enfin le logiciel BeBalance associé permet de programmer ses préférences en fonction de ses habitudes de vie. La vidéo suivante est une démonstration très convaincante de la performance execptionnelle de cette prothèse.
Un reportage a également été réalisé sur la vie d’un homme amputé depuis ses 4 ans. On y découvre comment il vit chaque jour avec seulement une main gauche puis son bonheur lorsqu’il apprend qu’il pourra à nouveau avoir deux mains. Ce reportage est disponible sur Youtube. La seule chose qui manque à cette merveille technologique est le retour sensoriel de la main. Cependant le projet NEBIAS (à gauche) a conçu dernièrement une prothèse dont le retour sensoriel est convainquant. Celle-ci est en phase de test pendant 4ans sur des volontaires amputés. Grace à une neuro-interface sélective et implantable ces personnes bénéficiaires peuvent à présent reconnaitre les yeux fermés un objet. C’est une prouesse technologique prometteuse d’après le Docteur Silvestro Micera, coordinateur de l’équipe internationale.
Néanmoins la reproduction de la main biologique parfaite est loin d’être réalisée, ce qui prouve que nos membres et leurs complexités sont uniques. Les améliorations recherchées afin d’atteindre une main réelle sont des matériaux acceptés par l’organisme en plus de leur solidité et de leur légèreté. Ainsi que des moteurs plus robustes et moins consommateurs, des batteries plus autonomes, des capteurs de la taille d’un grain de riz, pour une prothèse plus compacte ainsi que plus esthétique.
Néanmoins la reproduction de la main biologique parfaite est loin d’être réalisée, ce qui prouve que nos membres et leurs complexités sont uniques. Les améliorations recherchées afin d’atteindre une main réelle sont des matériaux acceptés par l’organisme en plus de leur solidité et de leur légèreté. Ainsi que des moteurs plus robustes et moins consommateurs, des batteries plus autonomes, des capteurs de la taille d’un grain de riz, pour une prothèse plus compacte ainsi que plus esthétique.
les mains robotiques les plus avancées
Une main robotique est une reproduction de la main biologique, dans le but d’arriver à égaler voir dépasser les capacités de notre membre. L’interêt d’étudier cela est de montrer les progrès fait sans la contrainte de l’interface homme-machine.
De 2009 à 2013 une main robotique très avancée a été mise au point. C'est l'université Pierre et Marie Curie (Paris) qui a coordonné le projet et regroupé des chercheurs de 6 pays différents. Véronique Perdereau, professeur et coordinatrice de cette invention nommée The Handle Project (ci-dessous) explique que créer cette main était un véritable challenge. Son objectif était de reproduire ces gestes que nous faisons sans même y penser à longueur de journée. D'abord il a fallu observer la main (biologique) et analyser ses mouvements. Prendre une bouteille, déplacer un pion, tenir un stylo, utiliser un cutter, faire tourner les faces d'un Rubik's cube sont des gestes banaux mais difficile à réaliser pour une main artificielle. Des mains minutieuses qui reproduisent une dextérité et une préhension naturelles sont déjà de grandes avancées. Mais ici le but était de plus de la rendre autonome grâce à son intelligence. Ce qui manquait à cette invention était un retour d'éléments du monde extérieurs tel que les retours sensoriels, d'images mais aussi tactiles. Pour y parvenir, l'équipe de scientifiques on doté la main robotique de nombreux capteurs et de caméras. L'intelligence de cette main artificielle avait aussi comme but de décider de la bonne stratégie. Nous, nous utilisons l'anticipation du mouvement et de ce que nous allons en faire ensuite. Il a fallu alors créer des algorithmes grâce auxquels cette prouesse technologique retenait ses expériences et ainsi utiliser par la suite la bonne stratégie correspond à un geste précis.
De 2009 à 2013 une main robotique très avancée a été mise au point. C'est l'université Pierre et Marie Curie (Paris) qui a coordonné le projet et regroupé des chercheurs de 6 pays différents. Véronique Perdereau, professeur et coordinatrice de cette invention nommée The Handle Project (ci-dessous) explique que créer cette main était un véritable challenge. Son objectif était de reproduire ces gestes que nous faisons sans même y penser à longueur de journée. D'abord il a fallu observer la main (biologique) et analyser ses mouvements. Prendre une bouteille, déplacer un pion, tenir un stylo, utiliser un cutter, faire tourner les faces d'un Rubik's cube sont des gestes banaux mais difficile à réaliser pour une main artificielle. Des mains minutieuses qui reproduisent une dextérité et une préhension naturelles sont déjà de grandes avancées. Mais ici le but était de plus de la rendre autonome grâce à son intelligence. Ce qui manquait à cette invention était un retour d'éléments du monde extérieurs tel que les retours sensoriels, d'images mais aussi tactiles. Pour y parvenir, l'équipe de scientifiques on doté la main robotique de nombreux capteurs et de caméras. L'intelligence de cette main artificielle avait aussi comme but de décider de la bonne stratégie. Nous, nous utilisons l'anticipation du mouvement et de ce que nous allons en faire ensuite. Il a fallu alors créer des algorithmes grâce auxquels cette prouesse technologique retenait ses expériences et ainsi utiliser par la suite la bonne stratégie correspond à un geste précis.
L’école polytechnique de Lausanne a créé depuis peu une main différente mais tout aussi performante. Elle s’appelle Ultra Fast (ci-contre), sa caractéristique la plus étonnante est sa vivacité. Cette merveille technologique met seulement cinq centième de secondes pour attraper un objet en plein vol grâce a ses trois segments articulés et à ses quatre doigts. Les ingénieurs qui ont permis la création de cette main ce sont appuyer sur une technique spécifique appelée « Programmation par démonstration ». Cette méthode longue à mettre en place est finalement bénéfique lors du résultat.
Il est surprenant de constater que ces robots de plus en plus évolué peuvent dépasser dans certains domaines les capacités humaines même si nos membres dans leur intégralité ne sont pas encore reproduit à la perfection. La main humaine surpasse toujours la machine, même lorsque celle-ci n’a pas besoin d’être raccordé à l’organisme comme une prothèse.
Il est surprenant de constater que ces robots de plus en plus évolué peuvent dépasser dans certains domaines les capacités humaines même si nos membres dans leur intégralité ne sont pas encore reproduit à la perfection. La main humaine surpasse toujours la machine, même lorsque celle-ci n’a pas besoin d’être raccordé à l’organisme comme une prothèse.
conclusion
Les prothèses bioniques sont une solution extêmement intéressante pour une personne qui a le bras amputé. En effet, comme nous avons pu le voir, elles restaurent un maximum de fonctions motrices et, pour certaines, rétablissent la communication sensorielle entre la main et le cerveau. Le seul inconvénient de ces prothèses est leur prix, qui varie entre 40000 et 60000 euros (opération et suivi médical compris). Ce coût n’est pas pris en charge par la Sécurité Sociale, à l’inverse des prothèses mécaniques. Après s'être concentrés sur les substituts artificiels au bras humain, il est logique de se pencher sur les substituts biologiques. C'est pourquoi nous allons maintenant aborder deux autres solutions, la régénération et la greffe.