«L’exosquelette», la prothèse qui permet aux amputés de marcher

Des chercheurs de l’UCL dévoilent aujourd’hui une nouvelle génération de prothèses artificielles qui permettent à des amputés des jambes de pouvoir remarcher avec davantage d’autonomie et de fluidité. Pour cela, le projet européen Cyberleg a développé deux outils distincts : un nouveau type de prothèse de jambe, mais aussi une orthèse « active » de bassin, c’est-à-dire un exosquelette qui permet une marche moins pénible aux amputés.

L’originalité de ces deux systèmes par rapport aux autres prothèses disponibles sur le marché ? Le fait qu’elles miment davantage la mécanique de la marche humaine. « La plupart des prothèses ne peuvent mimer le mécanisme de la marche. Cela rend leur utilisation pénible et demande une grande dépense d’énergie pour la personne amputée », explique Renaud Ronsse, professeur à l’Ecole polytechnique de l’UCL et membre de Louvain Bionics, centre d’expertises interdisciplinaires de l’UCL.

Modéliser la marche humaine

« Notre travail a consisté à modéliser de manière beaucoup plus précise le mécanisme de la marche humaine, en observant des personnes valides. L’objectif est que le programme qui en résulte ne force pas la personne assistée à suivre une vitesse ou un parcours programmé, mais que la prothèse “comprenne” son intention de déplacement et fournisse alors la force exacte pour la traduire en mouvement. Cela induit une assistance beaucoup plus douce et naturelle, qui respecte l’intention motrice du patient. Sans cela, la personne amputée peut se sentir comme prisonnière de sa prothèse, qui est plutôt comme une machine à marcher. Dans le passé, certaines personnes ont d’ailleurs demandé qu’on leur retire leur prothèse pour cette raison », explique Renaud Ronsse.

Pour collecter l’information sur la marche, les scientifiques ont notamment utilisé de nombreux capteurs de mouvements reliés sans fil, ainsi que des chaussures équipées de capteurs de pression. Ils ont aussi utilisé des capteurs de champs magnétiques et des accéléromètres tels que ceux qui équipent les smartphones.

« Ces données nous ont permis de calculer que si la marche entraîne le fonctionnement de très nombreux muscles, on pouvait les synthétiser autour d’un nombre réduit de signaux, qu’on peut résumer à ce que nous appelons des motrices primitives. »

Une autonomie de 3 heures

Les chercheurs ont utilisé ces données pour donner l’impulsion à la nouvelle prothèse de bassin. Celle-ci est capable de fournir une assistance aux mouvements de flexion-extension des deux hanches. Ce dispositif fonctionne sur batterie et est simple à enfiler. Il a une autonomie d’à peu près 3 heures, et permet une utilisation à la fois dans et hors du laboratoire et fournit une assistance conçue comme plus douce et naturelle.

« A chaque pas, l’orthèse active fournit un surplus d’énergie précis à la personne amputée, et donc restaure une démarche plus efficace énergétiquement. Durant le projet, ce dispositif a été testé par sept amputés différents, qui ont recouvré une démarche plus physiologique. La prothèse fournit ce dont la personne manque, mais pas davantage », explique Renaud Ronsse.

Mais d’autres « exosquelettes » existent déjà. Qu’apporte vraiment celui-ci ? « Les exosquelettes actuellement sur le marché ne peuvent qu’assister une personne en bonne santé qui a besoin d’une aide légère. Ils ne sont pas aptes à aider une personne privée de ses membres. Cette prothèse-ci a l’ambition d’être plus puissante. Son couple est dix fois plus élevé. Connectée aux prothèses de jambe, celle-ci pourrait même porter entièrement la personne amputée, sans que celle-ci ne doive fournir aucun effort. »

« Un franc succès »

Quant aux nouvelles jambes artificielles, leur innovation consiste notamment à combiner des éléments élastiques passifs connectés à des moteurs électromagnétiques aux articulations du genou et de la cheville. Les moteurs peuvent injecter de l’énergie pendant la phase d’appui de la marche afin d’assister la propulsion, tandis que l’élasticité passive peut aider à obtenir une absorption plus naturelle de l’impact du pied sur le sol, permettant donc un fléchissement du genou plus physiologique.

« En plus, les moteurs sont également utiles pour aider la personne amputée dans les tâches de s’asseoir et de se mettre debout. Six amputés ont pu tester la prothèse avec succès dans des tâches de marcher sur sol plat, s’asseoir, se relever, et grimper un escalier marche par marche. Un franc succès », estime le professeur Ronsse sur base des tests effectués.

Un coût assez élevé

Mais l’expert ne veut pas faire de pronostic sur la date future de disponibilité de ce dispositif ni sur son coût, les prothèses actuelles, moins élaborées, coûtant de 10 à 20.000 euros.

Les résultats du projet Cyberleg, qui associe plusieurs universités et a été financé par la Commission européenne, sont présentés aux experts ce mardi à Florence. Pour arriver dans les hôpitaux, ce « système cognitif artificiel », globalement rassemblé dans des technologies robotisées portatives devra encore être davantage développé et testé.

Pour l’instant, le projet recherche encore de nouveaux financements. Pour continuer à marcher…