Prothèse robotique contrôlée par le corps pour les amputés transhuméraux – BYCEPS

Concrètement, BYCEPS développera une prothétique simple, abordable et performance avec trois articulations actives robotisées (flexion / extension du coude, rotation du poignet mais aussi une rotation humérale) compatibles avec les mains prothétiques myoélectriques disponibles dans le commerce; et contrôlable par une approche sensori-motrice naturelle, intuitive et écologique qui s'appuie sur le mouvement et projette les capacités motrices et sensorielles de certaines articulations redondantes du corps humain (comme les épaules, le cou ou le tronc) sur la prothèse.

Ce que propose donc BYCEPS est de «transformer» artificiellement ces articulations redondantes en différentes articulations prothétiques; c'est-à-dire de transformer les mouvements mesurés des articulations redondantes sélectionnées du corps du sujet amputé en des mouvements contrôlés de la prothèse robotique, et fournir en retour des informations de ces articulations artificielles vers les articulations redondantes en charge du contrôle. Pour atteindre un tel résultat, BYCEPS étudiera et déterminera les conditions nécessaires pour permettre au système nerveux central humain de gérer cette transformation corporelle: une plateforme prothétique active des membres supérieurs adéquate, l'utilisation de redondances motrices choisies, des transformations motrices optimisées, des retours sensoriels artificiels adaptés et des protocoles d'apprentissage et d'entraînement spécifiques. Tous ces aspects seront développés dans BYCEPS et étudiés par son équipe de recherche interdisciplinaire, à travers de nombreuses campagnes expérimentales et en étroite collaboration avec les professionnels de la santé et les patients.

BYCEPS pourrait révolutionner le développement, l'utilisation et l'appropriation des prothèses des membres supérieurs en offrant une alternative au contrôle myoélectrique pour booster les capacités motrices et l'autonomie des amputés transhuméraux, et ainsi favoriser leur retour à une activité professionnelle et à une vie quotidienne normale.

- M. Legrand, N. Jarrassé, E. de Montalivet, F. Richer and G. Morel. «Closing the loop between body compensations and upper-limb prosthetic movements: a feasibility study«. IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics, 2021.
- M. Legrand, E. de Montalivet, F. Richer, N. Jarrassé, and G. Morel, “Reciprocal Kinematic Control: Using Human-Robot Dual Adaptation to Control Upper Limb Assistive Devices,” in Proceedings of the Hamlyn Symposium on Medical Robotics, 2019
- M. Legrand, E. de Montalivet, F. Richer, N. Jarrassé, and G. Morel, «A Closed-Loop and Ergonomic Control for Prosthetic Wrist Rotation« , Proc. Int. Conf. On Robotics and Automation (ICRA) 2020
- Patent FR 1903103, filed on 2019/03/25 under the title «Dispositif de commande d’un système robotique d’assistance à la mobilité d’un utilisateur«.

L'absence de certaines articulations actives, de retours sensoriels, la complexité de la commande et la lourdeur de la charge cognitive qui en résulte conduisent à un taux élevé de rejet des prothèses chez les patients amputés du bras (transhuméraux). Pour ceux qui utilisent encore leur prothèse, ces problèmes limitent l'utilisation globale du dispositif, réduisent leurs capacités et leur autonomie et les forcent indirectement à développer des stratégies motrices compensatoires (utilisation du tronc, des genoux et des hanches) qui peuvent, à long terme, conduire à des troubles musculo-squelettiques critiques.
L'objectif du projet BYCEPS est donc de développer une prothèse biomimétique de bras qui offre un contrôle fin, naturel et simultané de ses mouvements, en symbiose avec le corps de son porteur, permettant ainsi aux amputés transhuméraux de retrouver plus de capacités et une plus grande autonomie sans avoir à recourir à des techniques invasives ou chirurgicales. En effet, plutôt que de décoder des signaux physiologiques complexes ou de considérer des approches invasives lourdes, le projet BYCEPS propose d'exploiter plutôt la redondance cinématique et sensorielle du corps et la capacité des humains à apprendre de nouveaux gestes, même complexes.
Concrètement, BYCEPS développera une prothétique simple, abordable et performance avec trois articulations actives robotisées (flexion / extension du coude, rotation du poignet mais aussi une rotation humérale) compatibles avec les mains prothétiques myoélectriques disponibles dans le commerce; et contrôlable par une approche sensori-motrice naturelle, intuitive et écologique qui s'appuie sur le mouvement et projette les capacités motrices et sensorielles de certaines articulations redondantes du corps humain (comme les épaules, le cou ou le tronc) sur la prothèse.
Ce que propose donc BYCEPS est de «transformer» artificiellement ces articulations redondantes en différentes articulations prothétiques; c'est-à-dire de transformer les mouvements mesurés des articulations redondantes sélectionnées du corps du sujet amputé en des mouvements contrôlés de la prothèse robotique, et fournir en retour des informations de ces articulations artificielles vers les articulations redondantes en charge du contrôle. Pour atteindre un tel résultat, BYCEPS étudiera et déterminera les conditions nécessaires pour permettre au système nerveux central humain de gérer cette transformation corporelle: une plateforme prothétique active des membres supérieurs adéquate, l'utilisation de redondances motrices choisies, des transformations motrices optimisées, des retours sensoriels artificiels adaptés et des protocoles d'apprentissage et d'entraînement spécifiques. Tous ces aspects seront développés dans BYCEPS et étudiés par son équipe de recherche interdisciplinaire, à travers de nombreuses campagnes expérimentales et en étroite collaboration avec les professionnels de la santé et les patients.
BYCEPS pourrait révolutionner le développement, l'utilisation et l'appropriation des prothèses des membres supérieurs en offrant une alternative au contrôle myoélectrique pour booster les capacités motrices et l'autonomie des amputés transhuméraux, et ainsi favoriser leur retour à une activité professionnelle et à une vie quotidienne normale.