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Une cheville robotique révolutionnaire : reproduire le mouvement naturel de l'homme

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Les cellules de charge ultra-précises de FUTEK contribuent à donner vie à la cheville prothétique du MIT Media Lab, en reproduisant les mouvements naturels de l'homme pour créer un remplacement presque parfait d'un membre humain.

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Mis au point par Matthew Carney du groupe Biomechatronics du MIT Media Lab, l'actionneur révolutionnaire TF8 est une prothèse motorisée. Plutôt que d'utiliser une conception unique, il est capable de reproduire la fonctionnalité cinétique et cinématique de la cheville humaine, en se déplaçant et en réagissant à la force de manière réaliste. La cheville robotique est actionnée par un actionneur élastique en série à force de réaction (FRSEA) développé par le MIT. Associé à la cellule de charge LCM300 de FUTEK, l'actionneur tient compte du poids et de la démarche de l'utilisateur pour gérer des terrains variés tels que des escaliers et des pentes.

La cheville prothétique est contrôlée neuralement grâce à une nouvelle technique d'amputation mise au point par le MIT. Celle-ci permet de déplacer les muscles et certains nerfs au-dessus de la zone d'amputation, au lieu de les enlever. Les capteurs de la prothèse lisent les signaux de ces muscles et peuvent transmettre les sensations aux nerfs.

Ces muscles et nerfs préservés, qui contrôlaient autrefois la jambe, permettent désormais une communication neuromusculaire bidirectionnelle entre la prothèse et son porteur. En conséquence, le porteur bénéficie d'une jambe artificielle qui lui semble réelle, puisqu'il peut ressentir les mouvements de la cheville. Les prothèses robotiques intègrent des techniques de pointe en biomécanique, en mécanique, en électricité et en informatique. Matthew Carney a déclaré :

"Pour tenter de s'adapter aux limites de la forme humaine et pour atteindre la largeur de bande et la densité de puissance du corps humain, nous devons repousser les limites de toutes les disciplines : calcul, résistance des matériaux, densité d'énergie magnétique, capteurs, interfaces biologiques et bien d'autres encore. Au niveau le plus fondamental, nous essayons d'éliminer le handicap. Nous voulons mettre au point des technologies qui permettent de ne pas faire de différence entre les personnes handicapées et les personnes ayant une morphologie normale."

La cheville prothétique s'appuie sur la cellule de charge à jauge de contrainte LCM300 de FUTEK pour mesurer la force. Elle a été choisie en raison de son faible encombrement, de sa légèreté, de sa grande précision et de sa facilité d'installation. Une cellule de charge est un transducteur qui convertit la force en une sortie électrique mesurable. Dans ce cas, la cellule de charge permet à la cheville robotisée de déterminer exactement la force qu'elle doit pousser pour aider le porteur, explique Ehsan Mokhberi, responsable du développement commercial chez FUTEK :

"Le toucher est le plus important des cinq sens lorsqu'il s'agit de prothèses, d'exosquelettes, de robotique et d'automatisation. Notre capteur apporte techniquement le sens du toucher à la cheville robotique"

Les gens ne pensent pas consciemment à la force que leur corps applique lorsqu'ils entreprennent des tâches simples comme la marche. Le cerveau effectue ces calculs automatiquement en fonction du retour d'information du corps. La cellule de charge de FUTEK permet à la prothèse robotique de fournir les mêmes informations au cerveau.

La cellule de charge légère LCM300 à jauge de contrainte ne mesure que 30 mm de long et 12 mm de large, pour un poids de 42,5 grammes. Il est précis à 0,25 % près de la puissance nominale. Il a expliqué :

L'un des avantages de cette cellule de charge précise est qu'elle mesure immédiatement la force, réagissant en quelques millisecondes, afin de garantir que la cheville puisse fonctionner de manière transparente en temps réel. Le résultat est une boucle de rétroaction fermée qui permet au porteur et à la cheville robotisée de ne faire qu'un, offrant un mouvement beaucoup plus naturel qu'une prothèse traditionnelle."

L'usinage CNC de précision permet à FUTEK de produire régulièrement des capteurs avec les tolérances très étroites requises pour les applications robotiques et biomécaniques. Ses capteurs peuvent mesurer directement la force, la pression et le couple, mais aussi indirectement des aspects tels que le débit, la viscosité et l'occlusion.

Le marché médical et médico-technique est un domaine en expansion pour FUTEK, qui représente environ 30 % de son activité et qui croît chaque année. Outre les prothèses électriques, les capteurs de FUTEK sont également utilisés dans les exosquelettes et les bras robotiques, notamment les robots chirurgicaux. Parmi les autres secteurs importants, citons l'aérospatiale et la défense, la fabrication et l'automobile.

"Nous sommes réputés pour notre miniaturisation et pour la variété des conceptions, des géométries et des configurations de montage des capteurs que nous proposons, ce qui nous permet de soutenir presque tous les secteurs. Travailler avec le MIT Media Lab montre exactement tout le potentiel de ce type de technologie pour changer la vie des gens."

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