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Hugh Herr, fondateur de BionX : Sur les superpouvoirs des technologies bioniques

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En janvier 1982, deux jeunes et extrêmement talentueux grimpeurs de roches et de glace sont partis au sommet du mont Washington, le plus haut sommet du nord-est des États-Unis (6 288 pieds) et considéré comme la petite montagne la plus dangereuse du monde.

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Malgré une planification minutieuse, un virage malheureux dans le temps a poussé Hugh Herr et son ami Jeff Batzer à descendre du mauvais côté de la montagne, forcés de marcher à travers les nuits froides de la Sibérie pour éviter de geler à mort. Heureusement, le quatrième jour, les secours d'urgence locaux ont été dirigés vers l'endroit où les hommes s'abritaient sous un rocher. Malheureusement, cet incident a entraîné l'amputation des pieds de Herr à 15 cm sous les genoux à cause de la gangrène. Batzer a perdu ses orteils, son pied gauche et ses doigts de la main droite.

Lorsque j'ai parlé au Dr Herr lors de la conférence "La science à l'ère de l'expérience" organisée cette année par Dassault Systèmes, il m'a dit que ce n'est qu'après que son ami et lui aient été stabilisés qu'ils ont appris la terrible nouvelle : une avalanche avait balayé deux de leurs sauveteurs de la piste, et l'un d'eux, Albert Dow, était mort.

M. Herr a partagé qu'il se sentait extrêmement honteux et coupable de la mort de Dow, et qu'il avait besoin d'être secouru, parce que c'était une violation de tout ce qu'il considérait comme sacré en tant qu'homme de plein air et être humain. "Une grande partie de ce que je fais est faite dans sa mémoire : Albert était une personne extraordinaire, très généreuse et empathique envers les autres humains. Ce serait une honte pour sa mémoire si j'abandonnais."

En tant qu'alpiniste d'élite, Herr n'avait aucune idée de ce à quoi pourrait ressembler son avenir, car les médecins et les thérapeutes lui ont dit qu'il ne grimperait plus jamais. Cependant, c'était l'esprit sur la matière pour Herr, et dès que ses premières prothèses ont été installées, il a immédiatement essayé d'y faire du bloc. Malgré une douleur atroce, il découvrit qu'il pouvait effectivement grimper.

C'est ainsi qu'il a commencé à travailler avec acharnement à la conception et à la refonte constantes de meilleures prothèses d'escalade, à tel point qu'il était de retour sur le mur en tant qu'alpiniste d'élite ; il a réalisé plus de vingt ascensions en 5.11 et 5.12s, dont une en 5.12-plus ce premier été 1982.

Lors de sa conférence, le Dr Herr a déclaré qu'un autre grimpeur avait déclaré en colère qu'il triche en utilisant des prothèses. Cependant, il s'en est félicité, parce qu'avant tout, il méprisait la pitié et le fait d'être étiqueté comme courageux, et le fait que d'autres éprouvent de la jalousie ou de l'envie face à sa situation difficile signifiait qu'il était compétitif et considéré comme une menace.

M. Herr a ensuite obtenu une maîtrise du MIT en génie mécanique et un doctorat en biophysique de l'Université Harvard, puis un post-doctorat en dispositifs médicaux au MIT. M. Herr est actuellement professeur au Media Lab du MIT, chef du groupe de recherche en biomécatronique et fondateur de BionX, qui a vu le jour en 2006 sous le nom iWalk. Il est également co-pilote du Center for Extreme Bionics.

Les visions du Dr Herr comprennent l'avancement du corps humain pour atteindre de nouveaux sommets, et l'imagination de mondes futurs aux membres futuristes, dans lesquels le design informe la biologie. Ses recherches et ses travaux ont mené à l'émergence d'un nouveau domaine de la biologie dans lequel les prothèses bioniques peuvent s'interfacer avec l'anatomie humaine existante d'une manière telle que le robot devient littéralement une partie intégrante de la personne.

Pour donner un exemple : souvent, l'amputation entraîne une situation où la personne n'a plus la proprioception, la perception ou la conscience de la position et du mouvement de son corps. Dans certains cas, la personne continue d'avoir une conscience fantôme de son membre amputé, de sorte qu'elle a l'impression que ses pieds sont coincés dans une chaussure de ski et que ses muscles sont cousus de façon à ne plus pouvoir bouger.

Le Dr Herr a fait avancer l'innovation d'une manière qui ferme la boucle entre le cerveau et la structure synthétique, et change fondamentalement la façon dont les membres sont amputés avec la conception de la nouvelle prothèse bionique prise en compte. Son invention pour y parvenir est ce qu'il appelle l'interface myoneurale agoniste-antagoniste (AMI). Pour chaque paire de muscles, il y a un IAM. Des capteurs synthétiques sont ajoutés sur chaque muscle pour imiter la proprioception, de sorte que le cerveau humain informe la façon dont le robot se déplace tout en recevant le feedback neuronal du robot.

Lors de la conférence, le Dr Herr a présenté un exemple très intéressant concernant un de ses amis qui a eu un accident d'escalade similaire. Grâce aux nouvelles avancées de sa technologie et de ses techniques d'amputation chirurgicale, les canaux synoviaux de son ami ont servi de repères biologiques pour les paires d'IAM. La façon dont cela a été mis en œuvre permet au système nerveux de ressentir des charges physiques sur les prothèses et de recevoir des signaux supplémentaires. Cela permet une symétrie entre les côtés biologique et bionique, de sorte que l'inversion et l'éversion des pieds sont présentes. Jim, l'ami du Dr Herr, a pu monter les escaliers et, après seulement quelques heures, faire des gestes avec le pied - à un moment donné, en secouant même quelque chose du dessous de la chaussure. Puisque le cerveau de Jim recevait des signaux, il était capable d'utiliser son nouveau membre bionique comme une partie de lui, sans avoir besoin d'être conscient de tous les mouvements complexes (d'autant plus que certains contrôles de la colonne vertébrale sont involontaires). Dans ce cas, il y a eu "incarnation neurologique" - où ce que nous concevons devient une partie de nous.

Le Dr Herr voit un monde où, grâce à la technologie, les gens peuvent être libérés d'être perçus comme des personnes handicapées, mais plutôt comme des personnes puissantes et capables.

Interview

Alice Ferng, Medgadget : Dites-nous en plus sur les bioniques que vous portez et comment elles fonctionnent. Avez-vous plusieurs paires de jambes ?

Dr. Herr : Oui. Probablement comme quand je vais dans chacun de vos placards, vous voyez beaucoup de chaussures. Quand tu vas dans mon placard, tu vois beaucoup de jambes. C'est la même chose. Les jambes que je porte en ce moment s'appellent "Empower" - les conceptions fondamentales pour elles ont d'abord été faites dans mon laboratoire du MIT, puis une start-up du MIT a été établie. Récemment, une société allemande appelée Ottobock a racheté l'entreprise. L'Empower a été adapté à environ 3 000 personnes. La moitié d'entre eux ont été blessés. Chaque trimestre et chaque année, nous accueillons de plus en plus de personnes. C'est la première cheville de pied bionique motorisée qui, dans une certaine mesure, imite les muscles perdus. La plupart des prothèses pour les pieds et les chevilles sont passives comme une bicyclette est passive. Donc l'énergie de bouger vient à 100% de la personne. Ce n'est pas vrai pour moi - une grande partie de l'énergie à déplacer est fournie par ma bionique.

Medgadget : Comment traitez-vous la douleur fantôme et les névromes douloureux ?

Dr. Herr : Il y a une merveilleuse histoire d'atténuation de la douleur. Lorsque les muscles sont dynamiques, ils ne s'atrophient pas (ou rapetissent avec le temps), ce qui est important pour le confort et l'interface mécanique.

La chirurgie de l'IAM a un avantage au-delà du contrôle cérébral de la mécatronique que je n'ai pas encore mentionné : la douleur fantôme ou la douleur résiduelle est grandement réduite ou éliminée par l'IAM. Dans les procédures d'amputation précédentes, les nerfs sont coupés et laissés dans le vent, ce qui entraîne une formation de névrome qui peut être très douloureuse. Les nerfs vivent à l'intérieur de la peau et les cellules musculaires, donc vous devez donner au nerf ce qu'il veut ou il sera problématique. Les chirurgiens peuvent réduire les névromes et y placer les corps musculaires ; il y a une révolution dans le domaine de la chirurgie avec la mécatronique.

Medgadget : Parlons un peu plus de l'IAM et de son fonctionnement. C'est incroyable comme votre ami a eu une si bonne proprioception quelques heures seulement après son opération. Quel est le rôle de l'IA ?

Dr. Herr : Nous avons donc déjà démontré le retour de force et de couple en laboratoire. L'IAM a deux muscles et vous pouvez stimuler artificiellement le muscle A pour faire varier la force exercée sur le muscle B. Ensuite, avec les organes du tendon de Golgi, le cerveau a cette information sur la force.

Dans le nuage, vous avez des exemples de dizaines et de milliers d'autres humains - quels ont été leurs commentaires sur un jour, une position et une dynamique particuliers. Vous pouvez être informé avec ce très grand ensemble de données. L'ancienne idée de la téléprésence sera rendue possible grâce à la technologie bionique. Si nous avons des interfaces avec nos nerfs et que nous pouvons entrer artificiellement de la force, même quand il n'y a pas de force réelle sur le muscle, alors quand l'humanoïde nous donne du pouvoir et va soulever du poids dans le gymnase parisien, la personne couchée au lit sentira réellement la barre. Terrifiant, je sais.

Medgadget : Comment imaginez-vous les prothèses du futur ?

Dr. Herr : Je pense qu'en laboratoire, l'amputation sera en grande partie résolue d'ici deux décennies si le financement continue. Ce que je veux dire par là, c'est qu'avec l'amputation, nous serons en mesure de rétablir les fonctions motrices et les fonctions des membres. Au-delà de cela, bien sûr, il y a l'augmentation. L'histoire classique de l'augmentation est qu'avec des personnes portant des prothèses ou des exosquelettes, nous serons tous augmentés à l'avenir. Si vous marchez sur un terrain accidenté dans la nature sauvage, la technologie saura où vous êtes et connaîtra la nature de votre dynamique et de vos pas. Imaginez que lorsque vous traversez un sentier, il y avait 10 000 personnes qui l'ont traversé avant vous, alors il y aura beaucoup de données sur la façon la plus efficace de marcher sur ce sentier. Nos mouvements mêmes seront complètement optimisés en puisant dans une large base de connaissances de nombreux autres humains qui ont vécu la même expérience. Il y a donc de nombreux exemples de la façon dont nous allons augmenter les choses. Comme Aimee Mullins et Viktoria Modesta l'ont démontré récemment, ces bioniques peuvent être des objets de beauté ; elles peuvent être des sculptures qui représentent la beauté humaine ou non. Cette exploration est très amusante.

Medgadget : Cette technologie est sans aucun doute très coûteuse - travaillez-vous à en réduire le coût ?

Dr. Herr : Le coût de la cheville de pied ici est d'environ $30,000 USD ; c'est un solide coût d'automobile par jambe. Comme pour toute technologie à l'échelle, le coût diminuera de plus en plus. Je suis maintenant à la recherche de financement pour créer un autobus prothétique mobile et bionique - je sais que c'est un nom terrible - mais imaginez une automobile, où vous l'emballez simplement avec tous les types d'outils de fabrication, d'imagerie et de validation. Ensuite, vous pouvez vous rendre dans toutes les régions reculées du monde et construire des parties du corps des gens juste là. Je pense qu'un tel modèle pourrait être très peu coûteux et qu'il pourrait être à la portée de fonds philanthropiques. Nous cherchons des fonds de recherche pour construire un prototype de cette plateforme mobile.

Medgadget : Vous avez montré des chaussures bioniques pendant votre exposé - quand pourraient-elles être mises sur le marché et quel en serait le coût ?

Dr. Herr : J'espère très, très bientôt. Tu connais ces planches d'aérodrome ? Il n'y a aucune raison pour que ce ne soit pas ce prix ou moins si vous vendez des millions par an. 400-500 $ peut-être. Je veux fusionner la science et la technologie bionique avec un design de mode incroyable - et les rendre non seulement très fonctionnels, mais aussi esthétiquement attrayants. Le monde de l'exosquelette, c'est là où se trouvaient les ordinateurs dans les années 60 et 70, où ils étaient vraiment gros et laids et ne fonctionnaient pas si bien. Et la vision de Steve Jobs était que nous aurions tous des ordinateurs dans nos poches, et qu'ils seraient esthétiquement agréables. Je pense que cette chaussure sera le premier exosquelette à connaître un succès commercial massif.