Proposés à l origine pour une utilisation

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1 Les paraplégiques et certains myopathes vont voir leur vie transformée avec la commercialisation d exosquelettes cliniquement validés. 4 Du fauteuil roulant à l exosquelette Proposés à l origine pour une utilisation militaire, des exosquelettes sont actuellement développés pour aider les patients présentant des handicaps moteurs des membres inférieurs (paraplégies, myopathies). Leur développement requiert des technologies sophistiquées. Sur ce marché émergent, ce sont des start-up qui sont à l origine de cette innovation [1]. Un pour cent de la population mondiale a besoin d un fauteuil roulant pour se déplacer. Avec le vieillissement de la population, ce nombre va aller croissant. On estime que 5 millions d européens et 10 millions de personnes dans les pays développés se déplacent grâce à un fauteuil roulant. Bien que la qualité des fauteuils roulants se soit considérablement améliorée ces dernières décennies, les possibilités de déplacement pour ces patients restent malgré tout, limitées. Tout ceci est sur le point de changer. Des entreprises innovantes à travers le monde sont en train de mettre au point des exosquelettes. De nombreux utilisateurs de fauteuils roulants auront bientôt l opportunité de marcher pour la première fois depuis des années. La marche est un élément important de la qualité de la vie. La position assise pendant des heures finit par être iatrogène : zones d hyperpression, atrophie musculaire, ostéoporose, syndrome du canal carpien ou microtraumatismes liés à l impact des mains sur les roues. Les exosquelettes vont enfin offrir aux utilisateurs de fauteuil roulant une alternative pour se mouvoir. Qu est-cequ unexosquelette? Contrairement au squelette humain qui soutient le corps de l intérieur, un exosquelette soutient le corps de l extérieur. Les exosquelettes permettent aux patients qui souffrent d un handicap moteur majeur comme une paraplégie par exemple de pouvoir marcher à nouveau. >>> Les cahiers premier trimestre 2015

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3 6 justchillhere.com >>> Les exosquelettes comportent plusieurs éléments-clés : Une coque Généralement fabriquée à partir d un matériau léger, la coque doit être suffisamment solide pour soutenir le poids du corps et celui de l exosquelette complet. La coque doit également être capable de maintenir le corps en toute sécurité sans aucun risque de chute pour le patient. Cette coque doit également disposer d articulations qui correspondent aux articulations du corps, des hanches, des genoux et des chevilles. Des batteries Elles doivent pouvoir alimenter l exosquelette durant la période d utilisation ou être facilement rechargeables. shutterstock Les cahiers premier trimestre 2015

4 Des capteurs Leur rôle est de recueillir des informations sur la manière dont l utilisateur souhaite se mouvoir. Ils doivent pouvoir détecter les impulsions générées par le corps. Les informations recueillies par les capteurs sont ensuite envoyées à l ordinateur pour être analysées. Un centre de contrôle Le centre de contrôle est un ordinateur embarqué qui analyse les informations recueillies par les capteurs et qui contrôle les «effecteurs-actionneurs». L ordinateur coordonne la marche des divers moteurs «effecteurs-actionneurs» placés dans l exosquelette, et permet au patient de se mouvoir. Des moteurs ou «actionneurs» Ces moteurs électriques ou hydrauliques sont comme les muscles qui dirigent le mouvement et permettent à l exosquelette et au patient de se déplacer. Le contrôle de l équilibre et de la démarche shutterstock exosquelettes actuels nécessite l utilisation obligatoire de béquilles. En effet, la plupart des exosquelettes actuels n imitent pas encore la marche humaine normale. À chaque pas, nous projetons notre corps vers l avant et nous déplaçons l autre pied pour nous rattraper et empêcher que notre corps ne bascule et ne tombe. Lorsque l homme marche, le déroulement du pas se fait du talon à la plante du pied, puis vers les orteils. Notre façon de marcher change lorsque nous avançons vers l avant ou au contraire vers l arrière et lorsque nous montons une marche ou que nous descendons un escalier. Les exosquelettes actuels ne peuvent pas imiter ces fonctions. Les exosquelettes du futur disposeront probablement de systèmes de contrôle intégrés, de gyroscopes, pour empêcher le patient de chuter, et pour permettre le contrôle de la marche en imitant le mouvement physiologique. blog.les-cahiers.com 7 La plupart des exosquelettes actuels ne permettent pas le contrôle de l équilibre, ni de la démarche. Les exosquelettes actuels nécessitent donc que le patient dispose suffisamment de force dans la partie supérieure du corps afin de ne pas chuter. C est la raison pour laquelle l utilisation des Les principaux acteurs On dénombre une dizaine de projets d exosquelettes à des stades plus ou moins avancés dans le monde [2]. En voici les principaux : >>>

5 Actuellement, plus de 330 de ces exosquelettes sont en service dans des hôpitaux au Japon. Fin février, cet exosquelette a obtenu une certification internationale qui ouvre la voie à sa commercialisation à une plus grande échelle. 8 Ekso (Ekso Bionics) des États-Unis Université de Yoshiyuki Sankai. Cette entreprise américaine créée en 2005 travaille sur deux modèles d exosquelettes : un modèle militaire et un modèle civil. Ekso est un exosquelette tourné vers le monde de la santé. Il permet aux paraplégiques de se lever d une chaise roulante et de marcher avec des béquilles en ligne HAL (Cyberdyne) du Japon Le projet HAL est peut-être le plus avancé de tous. Cet exosquelette robotisé existe en 2 versions : HAL 3 (pour les membres inférieurs uniquement) et HAL 5 (pour les membres inférieurs, les membres supérieurs et le torse). Il interprète les signaux (à la surface de la peau) que le cerveau envoie aux muscles pour reproduire les mouvements au niveau des articulations. Si le système ne recueille aucun signal, «HAL» a également un «système de contrôle robotique autonome». Ce système permet d entraîner des mouvements semblables à ceux des humains non handicapés. Suivant le modèle, le poids varie de 15 à 23 kg. La batterie a une autonomie de 5 heures. Cyberdyne a une filiale au Danemark. exosquelette d ekso Bionics. amanda Boxtel, paralysée depuis 22 ans à la suite d un accident de ski, marche à nouveau. Les cahiers premier trimestre 2015

6 9 Northcountrypublicradio.org droite à une vitesse de 3,2 km/h. L exosquelette fonctionne avec des capteurs de gestes et de mouvements pour «activer» les membres inférieurs. Il est utilisé dans des services hospitaliers de rééducation et sera proposé prochainement aux particuliers. Son prix devrait être un facteur limitant à sa distribution : Ekso étant aujourd hui estimé à euros. Rex (Rex Bionics) de Nouvelle Zélande Cette entreprise néo-zélandaise a présenté Robotic EXoskeleton en Ce modèle permet également à des paraplégiques de marcher. En revanche, son système est très différent de celui d Ekso. Ici, la commande est manuelle, le conducteur fait marcher l exosquelette avec deux joysticks. Cette première version de Rex est commercialisée mais son prix reste très élevé. En 2012, Rex Bionics a souhaité faire évoluer le système de joysticks pour lancer le projet NeuroRex afin de commander l exosquelette à l aide d un casque à électroencéphalographie et capter les signaux du cerveau pour commander l exosquelette. ReWalk (ARGO Medical Technologies) d Israël C est un exosquelette qui permet de marcher, tourner et monter/descendre des escaliers, avec des cannes anglaises pour assurer le soutien et l équilibre. Le système utilise un capteur sur le torse du >>>

7 10 >>> porteur pour détecter le mouvement vers l avant et faire avancer les jambes, un peu comme un Segway. Des détecteurs de mouvements permettent le contrôle de l exosquelette ReWalk. Utilisant des algorithmes sophistiqués, les mouvements de la partie supérieure du corps sont analysés et utilisés pour déclencher la marche et d autres modes de fonctionnement (escaliers et passage de la position assise à la position debout). Une télécommande permet à l utilisateur de sélectionner les différents programmes : marche, déambulation dans les escaliers, s asseoir ou se lever 360b/shutterstock ReWalk Argo L Exosquelette ReWalk pèse près de 18 kg et permet se déplacer à environ 3 km/h. La batterie autorise une utilisation continue jusqu à 8 h/jour. En mai 2012, ReWalk a fait beaucoup parler de lui en permettant à Claire Lomas, une Anglaise paralysée des jambes, d effectuer un marathon en 16 jours. Elle est également la première personne à utiliser un tel exosquelette de manière quotidienne. ReWalk coûte approximativement euros. Cet exosquelette vient d être validé par la FDA (juin 2014). Les cahiers premier trimestre 2015

8 domhertz.com L avenir : le programme EMY de France? EMY (Enhancing Mobility) est un projet d exosquelette. Son but est d activer l exosquelette par la pensée. Il se propose de faire marcher des patients tétraplégiques. Il est encore au stade expérimental. Cet exosquelette robotisé est certainement le plus ambitieux de tous, car il sera le seul à pouvoir appareiller les tétraplégiques. D ici un an, ses créateurs espèrent faire marcher un tétraplégique. La tâche étant trop compliquée pour être gérée avec un casque à encéphalographie, l activation de l exosquelette se fera avec un implant posé à la base du cerveau. Les premiers tests d EMY sur des patients tétraplégiques sont prévus prochainement. Le projet général est né il y a 7 ans grâce à la mise au point d interfaces cerveaumachine. Les chercheurs ont d abord travaillé sur un implant prêt à être testé sur l homme. Puis les chercheurs ont cherché un exosquelette que cet implant pourrait piloter. Les responsables du projet ont fait le tour des exosquelettes français, et celui du List a été retenu. L équipe l a adapté pour créer EMY. Les avancées dans l électronique de commande ont été déterminantes. Il a fallu concevoir des commandes assez fines pour contrôler les efforts que l exosquelette exerce sur l utilisateur afin d assurer sa parfaite sécurité. Une autre avancée d une importance majeure a été la mise au point «d actionneurs» légers. Ces «actionneurs» ou moteurs ont un rôle similaire aux muscles humains. Ils permettent à la machine d effectuer des mouvements similaires à ceux des hommes non handicapés. Les exosquelettes agissant sur 4 membres pour tétraplégiques ne seront pas au point pour permettre une commercialisation avant une dizaine d années environ. >>> shutterstock blog.les-cahiers.com 11

9 12 Et demain? Le principal inconvénient des exosquelettes est leur prix : de pour un exosquelette pour les jambes seulement à pour l exosquelette Ekso (États- Unis). Les exosquelettes sont principalement utilisés par les hôpitaux dans les services de rééducation mais ils sont également vendus aux particuliers [2]. L un des principaux problèmes liés à la demande est qu il n existe aucun remboursement par la Sécurité Sociale. Cependant il est possible de louer l exosquelette HAL de la société Cyberdyne, 1600 /mois pour les deux jambes [3]. Comment réduire les coûts? Il faudrait fabriquer en plus grande série les pièces mécaniques afin de vendre ces exosquelettes en plus grand nombre et réaliser des économies d échelle. L entreprise japonaise Cyberdyne espère produire 400 unités par an. Selon le succès rencontré, la production pourrait être augmentée jusqu à unités [4]. Cette augmentation de la production pourrait voir le jour si les entreprises fabriquant les exosquelettes pour le domaine médical s alliaient avec celles produisant des exosquelettes pour le domaine militaire. Par exemple, le premier exosquelette militaire européen, nommé Héraclès est développé par un PME française, RB3D (Robotique 3D) et soutenu par le ministère de la Défense, à travers un financement de 1,8 million d euros par la Direction Générale de l Armement. Cet exosquelette permet aux militaires de porter des charges de 100 kg. Il a nécessité un développement estimé à 2,7 millions 2012_eurosatory_exosquelette_ motorisé_hercule d euros. Ses premiers tests de qualification ont eu lieu en Il pourrait même équiper l armée française prochainement. Son prix serait estimé à euros. Une autre idée serait de construire les exosquelettes grâce à une nouvelle innovation technologique : l imprimante 3D. Ainsi, le coût pourrait être diminué par dix. Des étudiants de l université de Pennsylvanie sont même parvenus à fabriquer un exosquelette des membres supérieurs grâce une imprimante 3D [5]. Conclusion temporaire L exosquelette est une véritable innovation technologique. D un point de vue médical, ce système est principalement utilisé pour les patients paraplégiques. Les recherches futures vont porter sur l amélioration de Les cahiers premier trimestre 2015

10 l exosquelette afin qu il puisse être utilisé par les personnes tétraplégiques. Les recherches porteront sur le contrôle de l équilibre afin de ne plus avoir besoin de béquilles pour se déplacer. Pour le moment l exosquelette est destiné aux patients paraplégiques, myopathes voire tétraplégiques c est-à-dire pour tous les patients ayant un cerveau fonctionnel. Mais qu en est-il pour ceux dont le cerveau lésé comme celui des hémiplégiques? En effet, pour l instant l utilisateur contrôle son exosquelette grâce à son cerveau qui envoie des impulsions aux capteurs. Serat-il possible demain qu un patient avec une lésion cérébrale (hémiplégie) puisse utiliser un exosquelette? Références Réagissez en ligne! Pour participer à la discussion autour de cet article, il suffit de vous rendre à l adresse indiquée en bord de page Brysse P. Évolution de l électronique médicale et innovations appliquées à la mobilité : cas de l exosquelette. Laboratoire de Recherche sur l Industrie et l Innovation Université du Littoral Côte d Opale, janvier Les exosquelettes entrent dans le commerce bionique/2013/02/10/192/ 4. Cyberdyne vend son exosquelette HAL pour $ exosquelettes/cyberdyne-vend-sonexosquelette-hal-pour Titan Arm vous file un coup de main actu_pro.phtml blog.les-cahiers.com 13