«Une prothèse ne sera jamais parfaite»

Une jeune pousse est sur le point de révolutionner le marché des prothèses de main – grâce à des idées révolutionnaires, des moteurs DC compacts et une fonction tactile.

Ouvrir une porte est le premier d'un grand nombre de défis. La main humaine enserre la poignée, l'enfonce vers le bas, le tout avec fluidité. En comparaison, une prothèse de main électromécanique est plutôt rigide. Lorsque la porte s'ouvre, le mouvement génère des forces importantes qui s'appliquent aux différents doigts. «C'est pour cela que les prothèses doivent être fabriquées en matériaux et composants haut de gamme,» explique Stefan Schulz avec conviction. Il est fondateur et directeur de Vincent Systems, une jeune pousse de dix employés installée dans la ville allemande de Karlsruhe. Stefan Schulz est expert en prothèses de main. Il a construit sa première prothèse électromécanique en 1999, alors qu'il travaillait encore à l'Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT). Il est passé au secteur privé dix ans plus tard.

Aujourd'hui, Vincent Systems fabrique des mains prothétiques de troisième génération. «Elles sont plus légères et compactes que d'autres modèles et leur poids est pratiquement identique à celui d'une main humaine,» explique Schulz. Le plus petit modèle est adapté aux enfants, le détenteur le plus jeune n'a que huit ans. Ces mains ont la particularité d'être bioniques: cela signifie que les quatre doigts sont activés chacun par un moteur DC et le pouce par deux moteurs. Les moteurs étant installés directement dans les doigts et le pouce, il est possible de les remplacer un par un. La main de Vincent Systems présente aussi une autre particularité: elle est la première main prothétique à envoyer au porteur des informations concernant la force de préhension. Elle utilise pour cela de courtes impulsions de vibration. En effet, si une main vibrait de manière uniforme, son porteur s'habituerait à la sensation et n'y ferait plus attention.

Stefan Schulz, CEO de Vincent Systems, explique comment fonctionne sa nouvelle prothèse de main.

Stefan Schulz sait que la tâche à laquelle il s'est attelé, avec ses collègues, est une histoire sans fin. En tant qu'ingénieur, il souhaite développer une prothèse de main mécatronique qui imite au mieux la main humaine. «Mais peu importe le nombre d'innovations que nous réalisons, il s'agira toujours d'un compromis comparé avec l'original humain. Le produit ne sera jamais parfait, il y aura toujours des améliorations possible.» Mais il ne se décourage pas pour autant. Au contraire, cela le motive dans son travail au quotidien, ce qui est probablement l'un des secrets du succès de Vincent Systems. Au cours de la courte période d'existence de l'entreprise, les ingénieurs ont plusieurs fois entièrement revu la main prothétique, en tenant compte des commentaires des utilisateurs de la prothèse et en essayant de nouvelles approches technologiques. En écoutant Stefan Schulz, on a l'impression que c'était une évidence. En tant qu'ingénieur, il se sent manifestement à l'aise dans son domaine d'expertise.

Les prothèses de main bioniques permettent de bouger séparément chaque doigt testé par Vincent Systems.

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Le design de base de la plupart des prothèses de bras n'a pas changé depuis les années 1960 et l'arrivée sur le marché des premiers modèles équipés de moteurs et de commandes myoélectriques. Deux électrodes étaient fixées aux muscles subsistants du porteur afin de permettre l'ouverture et la fermeture du préhenseur. Dans la plupart des cas, seuls le pouce et l'index sont motorisés. Un design qui est longuement demeuré inchangé, notamment parce que de nombreux utilisateurs se contentaient de ces fonctions simples. Pour citer Stefan Schulz: «Le monde de la prothétique a sommeillé pendant des décennies, mais c'est aujourd'hui un paradis pour les ingénieurs.» Il apprécie d'une part la robustesse et le côté pratique des prothèses simples, mais il est convaincu d'autre par que «l'avenir appartient aux prothèses bioniques! Nous disposons des moyens techniques que nous devons utiliser pour aider nos clients à profiter d'un niveau de liberté plus élevé.»

Les entraînements maxon qui fournissent un petit plus de puissance

La prothétique représente un important défi en matière d'ingénierie car différents aspects du design peuvent être contradictoires: couple élevé, grande vitesse, dimensions compactes et le meilleur rendement énergétique possible. C'est la raison pour laquelle le choix des moteurs intégrés est crucial. Les mains prothétiques de Vincent Systems comportent jusqu'à six moteurs maxon DC avec balais: des moteurs DCX 10 – utilisés également dans le premier hélicoptère ayant fonctionné sur Mars – combinés avec des réducteurs planétaires GP 10 A modifiés. «Les unités ainsi réalisées sont compactes et présentent la densité d'énergie maximum disponible pour notre application,» déclare Stefan Schulz. De plus, les entraînements doivent être résistants et fonctionner parfaitement pendant environ cinq ans, tout en étant exposés de manière quotidienne à des contraintes importantes et extrêmement variées. «Nous sommes très satisfaits et prévoyons de modifier encore les moteurs électriques pour nos futures prothèses, en coopération avec maxon.»

Chaque main prothétique comprend six moteurs DCX 10 et six réducteurs GP 10 A.

Pouvoir bouger tous les doigts séparément ouvre de nombreuses possibilités au porteur de la prothèse. Douze types de prise sont disponibles, activables assez facilement par des contractions musculaires, par exemple en maintenant un signal musculaire ou via une double impulsion. Pour Stefan Schulz, il était important que les patients puissent se passer de l'aide de leur main valide. «Une main prothétique doit aider son utilisateur et non accaparer la main valide.» Dans la plupart des cas, il ne faut pas plus d'une demi-heure aux clients pour apprendre à contrôler la main correctement. Selon la personne, de quelques semaines à plusieurs mois peuvent être nécessaires pour contrôler la prothèse de manière complètement intuitive. Le détenteur pourra faire du vélo, lacer ses chaussures, saisir des œufs frais et, bien sûr, ouvrir les portes.    

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Groupe maxon/Karin Mertens