Une étonnante prothèse de cheville, presque aussi souple qu'une vraie

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Afin d’améliorer la mobilité des prothèses de membres inférieurs, une équipe de l’université américaine du Michigan travaille sur une cheville-pied bionique d’un nouveau genre. Mêlant tringlerie à câbles et boîtier électronique, elle parvient à s’approcher du mouvement naturel de la cheville humaine. Mo Rastgaar, le professeur de génie mécanique à l’origine de cette innovation, a dévoilé quelques détails à Futura-Sciences.

Le 19/10/2013 à 09:32 - Par Marc Zaffagni, Futura-Sciences

Pour tester la mobilité de leur prothèse, les chercheurs de l’université du Michigan ont conçu un tapis roulant circulaire qui leur permet de simuler les contraintes qui s’exercent sur une cheville lorsqu’un marcheur doit tourner. © Michigan Technological University

La cheville est un membre complexe dont l’articulation détermine l’aisance de la démarche et permet au pied de s’adapter aux terrains qu’il foule. Si les prothèses de membres inférieurs ont connu des progrès considérables ces derniers temps, jusqu’à pouvoir être contrôlées par la pensée, elles n’offrent pas une grande mobilité au niveau du pied. C’est précisément sur ce problème que se sont penchés des scientifiques du Michigan Technological University.

En collaboration avec un professeur de la clinique Mayo (à Rochester, au Minnesota), ils ont développé une prothèse cheville-pied dont la mobilité s’approche de celle d’une articulation naturelle. Une avancée importante qui pourrait contribuer à créer des jambes bioniques qui amélioreraient la mobilité afin d’offrir plus d’autonomie. « Les personnes ayant perdu une jambe et qui portent une prothèse sont plus susceptibles de chuter que les personnes âgées », a expliqué à Futura-Sciences Mo Rastgaar, professeur adjoint de génie mécanique à l’université du Michigan. C’est lui qui a mis au point la prothèse cheville-pied, aidé d’un doctorant et du professeur Kenton Kaufman, directeur du Biomechanics Motion Analysis Laboratory de la clinique Mayo.

Le prototype de cheville-pied bionique conçu par une équipe de l’université du Michigan repose sur un système de tringlerie à câbles commandé par des servomoteurs et un boîtier électronique. L’intérêt de cette configuration est que la partie servomoteurs-boîtier peut être dissociée de la prothèse afin de l’alléger et de lui assurer une plus grande mobilité. © Michigan Technological University

Un pied actionné comme une marionnette

« La spécificité de notre prothèse tient dans la cheville. Elle simule le mouvement naturel et peut donc non seulement bouger la pointe du pied vers le haut et le bas, mais aussi le faire pivoter sur les côtés. Cela permet au marcheur de tourner plus facilement. C’est important, car le seul moment où les gens marchent en ligne droite de façon prolongée est lorsqu’ils se trouvent sur un tapis roulant », ajoute le professeur.

Le pied bionique peut se mouvoir sur deux axes, pour bouger la pointe du pied vers le haut ou le bas, et l’incliner à droite ou à gauche. L’articulation est actionnée par une tringlerie qui utilise des câbles, eux-mêmes pilotés par des servomoteurs sont commandés par un processeur. Des capteurs de pression sont placés sous la semelle afin de détecter la manière dont la personne marche. Ils relaient l’information au boîtier de commande qui ajuste en temps réel l’angle du pied, afin d’assurer une démarche stable et plus naturelle. « Notre système à câbles est comparable à celui d’une marionnette dont le marionnettiste ajuste la longueur des cordes », s’amuse Mo Rastgaar, qui présente sa prothèse de cheville dans une vidéo (les commentaires sont en anglais). Le chercheur n’a cependant pas souhaité nous livrer plus de détails sur le fonctionnement du système qui fait actuellement l’objet d’une demande de brevet.

Si l’usage d’une telle tringlerie peut sembler rudimentaire, cela vise un but précis. Le boîtier de commande et les servomoteurs peuvent être déportés plus haut sur le corps, par exemple autour de la ceinture ou bien dans un sac à dos. Cela a l’avantage d’alléger la prothèse et de mieux répartir le poids. À partir de l’été prochain, l’équipe de l’université du Michigan prévoit de poursuivre ses travaux à la clinique Mayo pour améliorer ce prototype.