FeetBack

Des prothèses de main high-tech cherchent à reproduire les fonctionnalités des mains organiques. Mais au cours de leur développement, un élément important a été négligé: elles ne véhiculent pas le ressenti tactile. Le projet FeetBack de l’Institute for Human Centered Engineering HuCE et de la clinique universitaire Balgrist à Zurich se veut une réponse à cette problématique.

Fiche signalétique

Département(s) responsable(s) Technique et informatique
Unité(s) de recherche Technique et informatique
HUCE / Laboratoire de Biomedical Engineering
Organisation d'encouragement Fondation Inventus Bern
Durée 01.01.2018 - 31.12.2022
Responsable du projet Prof. Dr Volker M. Koch, BFH
Direction du projet Prof. Dr Volker M. Koch, BFH
Équipe du projet Dr. med. Martin Berli, Balgrist ZH
Rafael Morand, BFH
Sabrina Catanzaro, Balgrist ZH
David Egger, Balgrist ZH
Partenaire Clinique universitaire Balgrist ZH
Mots-clés Prothèse myoélectrique, contrôle manuel en boucle fermée, retour vibrotactile

Situation

Les extrémités amputées peuvent être remplacées par des prothèses. S’agissant de la main, il existe trois types de prothèses.

Les prothèses esthétiques
Les prothèses mécaniques.
Les prothèses myoélectriques.

Les prothèses esthétiques sont des répliques rigides qui rendent le plus fidèlement possible l’apparence du membre manquant afin que le porteur ou la porteuse se sente à l’aise. Les prothèses mécaniques, quant à elles, sont généralement composées d’outils interchangeables tels que des mains ou des pinces, que le porteur ou la porteuse commande grâce à un système de câblage. Les câbles, dont la pression est perceptible, sont en général reliés à une autre partie du corps et donnent au porteur ou à la porteuse un contrôle relativement précis de la force de préhension. Le troisième type de prothèses est de nature myoélectrique. Elles fonctionnent grâce aux signaux électriques des contractions musculaires, captés à la surface de la peau du moignon. La commande de la main est ainsi découplée mécaniquement de la personne qui la porte, ce qui permet des schémas de préhension plus complexes que ceux d’une prothèse purement mécanique. En revanche, la force avec laquelle on tient un objet dans sa main est moins évidente; il convient donc de toujours contrôler visuellement la prothèse. Cette contrainte étant fatigante, les prothèses en question présentent un taux de rejet élevé.

Des scientifiques du monde entier cherchent à doter les mains artificielles d’un retour sensoriel. De nombreuses études se concentrent sur un retour vers le moignon, par l’intérieur de la prothèse, des données enregistrées par les capteurs placés au bout des doigts. Au cours d’un projet précédent, la BFH a travaillé sur des technologies similaires en collaboration avec l’EPFL et le CSEM. Les résultats étaient encourageants, mais les personnes qui se sont prêtées à ce test n’étaient pas satisfaites du design de la prothèse, jugé trop lourd et inesthétique.

Approche

Dans le cadre du projet FeetBack, une équipe de recherche de l’Institute for Human Centered Engineering HuCE de la BFH a suivi une approche inédite. Le retour sensoriel livré par les capteurs ne devait plus être guidé vers la tige de la prothèse, mais discrètement vers la chaussure. En effet, les pieds – comme les mains – sont sensibles aux vibrations, une situation que les scientifiques ont voulu exploiter. Pour l’équipe de développement, il était particulièrement important de ne pas recourir à des méthodes invasives. L’objectif était de mettre au point un dispositif qui puisse être fixé à une prothèse disponible dans le commerce pour l’équiper après coup du sens tactile. La charge mentale liée au contrôle d’une prothèse myoélectrique doit ainsi être réduite et l’acceptation de l’appareil par les utilisateurs et utilisatrices accrue.

Résultats

Le système développé comprend deux parties: un gant à capteurs pour la prothèse et une semelle FeetBack avec moteurs à vibration. Le gant mesure la force de préhension de la main à l’aide d’un capteur placé sur le pouce et d’un autre sur l’index (les poignées des principaux fabricants de prothèses mettent l’accent sur ces deux doigts). La force de préhension, classée selon une échelle de 1 à 6, est ensuite envoyée par radio du module de la main au module inséré dans la chaussure. Sans charge dans la main, aucun retour sensoriel ne parvient au porteur ou à la porteuse. Mais dès que la force de préhension augmente, des moteurs spécifiques situés dans la semelle se mettent à vibrer. Faibles au niveau des orteils, les vibrations transmises par les moteurs s’accentuent au fur et à mesure que l’on se rapproche du talon, reflétant ainsi spatialement la force de préhension engagée.

La pertinence du système a fait l’objet d’une étude menée en collaboration avec la clinique universitaire Balgrist de Zurich. Quatre personnes ont participé à l’étude en question. Toutes utilisaient déjà une prothèse myoélectrique depuis plusieurs années, qu’elles connaissaient donc très bien. Elles ont donc pu s’adonner aux expériences avec leur appareil personnel. Une seule modification a été apportée: un gant sensoriel a été enfilé par-dessus la prothèse.

Les essais ont démontré la faisabilité de l’interprétation des informations provenant des capteurs de la prothèse de main par le biais de vibrations au niveau du pied. Par conséquent, le principe du retour sensoriel de la main au pied est un succès. Cependant, il apparait que l’interaction entre l’humain, la prothèse et le prototype du système FeetBack est trop lente pour les tâches qui requièrent des temps de réaction rapides.

Perspectives

Les résultats obtenus avec le système FeetBack concordent avec ceux d’études similaires utilisant un retour tactile au niveau du bras ou de la tige de la prothèse. Grâce à ce projet, les chercheurs et chercheuses ont posé les bases de futures études sur le retour d’informations sensorielles au niveau des pieds, et non plus uniquement au niveau des bras.