La technique au service du toucher

La main humaine est un chef-d’œuvre de la nature : elle permet de coordonner de tout petits mouvements, de lancer un ballon en l’air ou encore de se comprendre. Tout cela est d’autant plus difficile pour les personnes qui ont perdu une main dans un accident, par exemple. C’est précisément ce qui est arrivé à Patrick Mayrhofer. Ses mains ont été tellement endommagées lors d’un accident de travail qu’il a rapidement opté pour l’amputation de son bras gauche. Mais malgré ce coup du sort, le jeune homme ne s’est pas laissé abattre et s’est dit : « je suis quelqu’un de déterminé et quand je veux quelque chose, je l’obtiens ». Il ne veut pas de traitement spécial. Et il n’en a d’ailleurs pas besoin. Grâce à sa nouvelle prothèse de main, il maîtrise presque toutes les situations du quotidien sans problème.

Développée par l’entreprise allemande Ottobock Healthcare Products GmbH de Duderstadt, la prothèse Michelangelo permet de réaliser sept mouvements de préhension en contractant les muscles du bras. Il peut ainsi poser une assiette en équilibre sur sa main, sortir un œuf de sa boîte, tenir une carte de restaurant et même éplucher une banane. Comme le dit Martin Wehrle, un autre utilisateur de Michelangelo : « j’attrape de nombreux objets facilement, sans y penser tellement ».

Pour se rapprocher au maximum de la main humaine, les ingénieurs d’Ottobock ont dû plancher des années et miniaturiser les circuits électroniques et la mécanique de la prothèse. Aujourd’hui, elle ne pèse que 420 g et est agréable à porter. Cette prothèse a non seulement un aspect naturel, mais elle a aussi un toucher naturel, notamment lorsque l’on donne une poignée de main. En effet, l’articulation de la main artificielle est certes ancrée en divers points, mais elle est légèrement mobile.

Équipés de deux moteurs sans balai EC 10 de Maxon Motor AG de Sachseln, en Suisse, et d’une version adaptée de l’EC 45, les entraînements du mécanisme de préhension activent tout d’abord l’entraînement du pouce, puis l’entraînement principal qui actionnent l’index et le majeur. L’annulaire et l’auriculaire, quant à eux, bougent passivement. Le moteur EC à bobinage sans fer intégré dans le pouce est en outre équipé d’un arbre à vis sans fin que Maxon Motor a adapté selon les souhaits d’Ottobock.

Depuis les débuts de Michelangelo, les experts de Maxon Motor travaillent main dans la main avec les développeurs de prothèse pour leur apporter des solutions spécialisées. Les systèmes d’entraînement doivent avant tout être performants et silencieux, tout en résistant à des charges axiales élevées. Les moteurs CC sans balai répondent à toutes ces exigences et se distinguent par leur longue durée de vie.

Dans le cas de la prothèse Michelangelo, l’interface avec le corps humain est aussi importante. Pour sa prothèse dite myoélectrique ou à commande extérieure, Ottobock utilise des électrodes implantées, qui mesurent les impulsions électriques générées par les muscles du bras et les transmettent à un processeur. La tension électrique, qui se développe sur la peau de l’utilisateur à chaque contraction du muscle, commande la prothèse. Très rapide et sécurisé, le système de bus Axon pour le transfert de données garantit à l’utilisateur une manipulation aussi simple qu’intuitive de la prothèse. Plus il contracte ses muscles, plus sa main serre fort et rapidement. Parallèlement, un capteur placé dans le pouce mesure la force de pincement pour que la main s’adapte si l’objet menace de tomber.

La main Michelangelo permet à de nombreux patients de retrouver une vie professionnelle, voire parfois, de reprendre leur ancien emploi. Les personnes qui ont la quarantaine, qui ont une famille ou qui souhaitent travailler sont les premiers à bénéficier des multiples possibilités d’utilisation offertes par la prothèse. Et Hans Dietl, gérant d’Ottobock, d’ajouter : « nous souhaitons procurer un maximum de mobilité et d’indépendance à ces personnes. Nous y travaillons au quotidien et c’est aussi notre objectif à l’avenir ».

Malgré toutes ces avancées, il reste du chemin à parcourir avant que les prothèses et les implants ne puissent véritablement rivaliser avec leur modèle naturel, tant au niveau du fonctionnement que de l’aspect. La clé d’une interaction encore plus étroite entre le corps et la technique réside dans les interfaces neuronales ; des électrodes placées à des endroits stratégiques du cerveau devraient à l’avenir permettre aux prothèses de réaliser des mouvements encore plus complexes.

Le domaine du tactile a également du potentiel. Aujourd’hui, divers travaux de recherche ayant pour objectif de conférer à la main artificielle le sens du toucher sont en cours. Dans le cadre du projet de recherche européen Smart Hand, une équipe de chercheurs italiens et suédois travaille sur une main artificielle équipée de 40 capteurs et de petits moteurs qui devraient permettre d’imiter la sensation tactile de la peau humaine. Le Suédois Robin af Ekenstam, qui a perdu sa main droite à la suite d’un cancer, a été le premier patient à tester le prototype. « Lorsque je saisis quelque chose, je peux le sentir au bout des doigts, ce qui est très étrange parce que je n’en ai plus », témoigne-t-il.

Stefan Roschi Maxon Motor AG, Sachseln, Suisse

Informations complémentaires À propos du fabricant de prothèses Ottobock : www.ottobock.de À propos du fabricant de moteurs : www.maxonmotor.com À propos du projet Smart Hand : www.elmat.lth.se/~smarthand/

Les entraînements EC à bobinage sans fer offrent une plage de vitesses étendue. Disponibles dans des diamètres de 6 à 60 mm, ils peuvent atteindre des performances de 500 W. Les moteurs EC-10 intégrés dans la prothèse Michelangelo pour bouger l’index et le majeur affichent une puissance de 8 W pour un diamètre de 10 mm seulement. Le mouvement sans couple résiduel et silencieux, ainsi que l’accélération rapide et la longue durée de vie font partie des caractéristiques importantes de tous les moteurs de ce type. Le système modulaire comporte un engrenage, un encodeur, des freins et un système électronique adaptés.