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9 mai 2016

Rendre le sens du toucher aux amputés

Une équipe de chercheurs et d’étudiants du CSEM, de l’EPFL et de la HES bernoise développent une peau intelligente pour habiller les prothèses de la main. Les mutilés pourraient ainsi retrouver leurs sensations d’avant.

Le Dr John Farserotu et son premier prototype
Le Dr John Farserotu et son premier prototype: la peau en silicone qui recouvre la prothèse de la main comporte un capteur tactile par doigt.

Les scénaristes de L’homme qui valait 3 milliards avaient imaginé un être doté de prothèses bioniques qui boostaient ses performances. Aujourd’hui, soit quarante ans après les exploits télévisuels du colonel Steve Austin, de tels appareillages existent, notamment des prothèses de la main commandées soit par la contraction des muscles situés à l’extrémité du membre amputé (déjà commercialisées), soit par la pensée via des nerfs résiduels (encore au stade expérimental).

Aussi sophistiqués soient-ils, et même s’ils s’avèrent capables d’exécuter la plupart des gestes du quotidien à satisfaction, ces membres de rechange souffrent tous du même défaut majeur: ils ne permettent pas aux personnes appareillées de sentir les objets qu’elles tiennent entre leurs doigts artificiels! Une lacune que cherche justement à combler une équipe composée de chercheurs et d’étudiants du Centre suisse d’électronique et de microtechnique (CSEM) (lien en anglais) à Neuchâtel, de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) (lien en anglais) et de la Haute Ecole spécialisée bernoise (HESB).

Notre objectif est de développer une peau intelligente pour rendre le sens du toucher aux amputés,

Le prototype avec le capteur au bout du doigt
Les capteurs tactiles du premier prototype permettent de retrouver le sens du toucher dans les doigts. Dans le deuxième prototype, c’est la paume de la main qui retrouvera des sensations.

précise le Dr John Farserotu, collaborateur au CSEM et initiateur de ce projet baptisé WiseSkin. «Nous intégrons des capteurs tactiles miniaturisés dans un ‹gant› en silicone formant une peau réactive, enfilée sur la prothèse.» Encore plus incroyable, ce système non invasif (pas de recours à la chirurgie) et sans fil se sert du syndrome dit «du membre fantôme» pour communiquer avec le cerveau!

L’utilité des membres fantômes

En fait, les individus amputés, qui souffrent de ce trouble, continuent de ressentir la présence du membre perdu avec parfois des douleurs en prime. Comme Lucio, un personnage secondaire des polars de Fred Vargas, qui a son bras absent qui le démange. «C’est la piqûre de l’araignée, raconte-t-il. Quand mon bras est parti, je n’avais pas fini de la gratter, alors elle me démange toujours.»

Plus sérieusement, chacun de nous a dans la tête une sorte de plan de l’ensemble de son organisme, y compris le cas échéant des parties manquantes. D’où l’idée d’utiliser cette carte fantôme, en stimulant des zones précises sur le moignon des patients de manière à ce que ces derniers perçoivent la prothèse comme une véritable partie de leur corps.

Pour nous convaincre, le Dr Farserotu nous montre une petite vidéo tournée quelques jours plus tôt à l’Université de Lund (lien en anglais) , leur seul partenaire hors de nos frontières, en Suède. On y voit un homme saisir des œufs frais avec sa prothèse sensible et les déposer dans un récipient sans les casser, puis reconnaître – les yeux bandés et sans jamais se tromper – lequel de ses doigts touche l’expérimentatrice.

«C’est la première fois que notre système était testé en situation réelle, sur un volontaire… Et il fonctionne, oui! Maintenant, il faut voir quel gain réel cela apporte aux amputés.»

Il aura fallu trois ans à cette équipe pluridisciplinaire composée d’une petite vingtaine de personnes pour développer ce prototype préliminaire. «Il n’y a en effet qu’un capteur par doigt, mais l’idée à terme, c’est d’avoir un maximum de capteurs sur toute la surface de la main.» Pour s’approcher au plus près de la réalité, même si ces chercheurs savent pertinemment que ce sera mission impossible.

Le but n’est pas de restituer les quelque 150 récepteurs tactiles au cm2 de la main humaine, mais de proposer une solution qui permette de retrouver les fonctionnalités essentielles.»

«Actuellement, nous planchons sur un second prototype plus élaboré qui comptera entre douze et quinze capteurs», ajoute ce scientifique américain, responsable de l’activité sans-fil du CSEM. Et ce nouveau modèle devra impérativement être opérationnel en 2017 déjà, date butoir fixée par le programme de la Confédération Nano-Tera qui finance à hauteur de 45% le projet WiseSkin (lien en anglais) devisé à 3,5 millions de francs (les 55% restants sont à la charge des instituts de recherche impliqués).

La suite? «Une fois que notre prototype final sera fonctionnel, nous irons le présenter à des partenaires industriels potentiels. Nous avons d’ailleurs déjà des pré-contacts avec deux entreprises, l’une en Allemagne et l’autre en Suède.» Confiant, le Dr John Farserotu estime que les gens concernés pourraient bénéficier de cette technologie d’ici à 2020, si tout va bien.

Vous savez, ce n’est pas juste un challenge pour chercheurs, nous avons vraiment à cœur d’offrir une meilleure qualité de vie aux personnes amputées.»

Equipe pluridisciplinaire

Le prototype en action.
Les capteurs tactiles du premier prototype permettent de retrouver le sens du toucher dans les doigts. Dans le deuxième prototype, c’est la paume de la main qui retrouvera des sensations.

Comme indiqué plus haut, WiseSkin est un projet dans lequel sont impliqués trois instituts de recherche. A Neuchâtel, le CSEM et l’Institut de microtechnique de l’EPFL développent les capteurs, le système radio et les stimulateurs sous la conduite des professeurs Jean-Dominique Decotignie et Christian Enz. Sur les bords du Léman et sous la férule de Stéphanie Lacour, l’EPFL élabore la peau artificielle en silicone. Enfin à Bienne, le groupe d’ingénierie biomédicale du professeur Volker Koch de la HESB s’occupe du feed-back sensoriel et du contrôle des mouvements de la main. En tout, ce sont une petite vingtaine de chercheurs et d’étudiants qui travaillent sur ce projet.

Autres applications

Les recherches menées dans le cadre du projet WiseSkin pourraient déboucher sur d’autres applications que les seules prothèses de la main. Le Dr John Farserotu imagine en effet que ses travaux sont aussi susceptibles d’intéresser des firmes actives sur les marchés du jeu vidéo et de la robotique:

Ça pourrait par exemple améliorer la sensibilité des robots et aussi la sécurité, notamment lorsque ces derniers sont appelés à côtoyer des êtres humains.»

Texte: © Migros Magazine / Alain Portner

Auteur: Alain Portner

Photographe: Matthieu Spohn