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TPE Prothèse de Main

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by

david favre

on 30 November 2015

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Transcript of TPE Prothèse de Main

Comment La robotique permet-elle de remplacer les fonctionnalités naturelles de la main ?

Qu'est ce que la main ?
Comment fonctionne-t-elle ?
La main est l'instrument des instruments.
Aristote 384-322 av J.C
Chez l'être humain, la main est l'
organe préhensile
le plus utilisé, situé au bout de l'avant bras, elle sert à
manipuler
des objets,
saisir
,
tenir
,
appuyer
,
porter
... les fonctionnalités sont quasi-infinies.
La main est un organe composé de
27 os, 26 muscles et autant de tendons, 3 nerfs principaux : le nerf Ulnaire, le nerf Radial et le nerf Médian. on peut décomposer la main en 3 parties :
-la carpe, c'est à dire le poignet.
-la métacarpe (la paume).
-les phalanges (les doigts).
De quoi est-elle faite ?
Comme nous le voyons ici, la main est un organe extremement complexe, il serait donc fastidieux d'en énumerer chaque nerfs, muscles ou os.
Le plus important à savoir est que
chaque mouvement d'un doigt
est en réalité
contrôlé
par des
muscles de l'avant bras (qui sont au nombre de 20)

reliés
aux
phallanges
par des
tendons
.
En effet, le mouvement de n'importe quel muscle n'est que le résultat d'une succession de transmissions d'un message électrique provenant du système Nerveux Central vers le membre concerné.
Nous allons donc voir comment fonctionne le Système Nerveux.
Tout
mouvement volontaire
prend naissance dans l'
aire motrice du cortex cérebral
. on parle alors de
"Message Nerveux"
.
Le cerveau humain est composé d'environ
100 Milliards de Neurones
comme celui-ci :
Un neurone est dit
excitable
et
conducteur
, ces deux caractèristiques sont à la base du fonctionnement du système nerveux.
Si un neurone est stimulé dans le cerveau, il genère un
influx nerveux
(message d'ordre éléctrique) c'est ce qu'on appelle
l'excitabilité
.
Les neurones connectés entre eux transmettent le message nerveux, c'est la
conductivité
.
Le message nerveux ne peut se transmettre que dans
un seul et unique sens
, du
corps cellulaire
vers l'
axone
jusqu' aux
terminaisons neuronales
reliées aux
dentrites
d'autres neurones. Les neurones forment entre eux un réseau comparable à des fils éléctriques.

Il s'agit d'une
différence de potentiel
(tension électrique) entre les deux faces de la
membrane cellulaire du neurone
.
Le message circule ensuite le long des
nerfs
qui sont composés d'
axones
, rangés par
fascicules
, jusqu'à la
moelle épinière
où l'
ordre de mouvement
est
décomposé
en plusieurs commandes, une pour chaque muscle concerné.
Si par exemple le cerveau envoie l'ordre de fléchir le bras, la moelle épinière décompose cet ordre en 2 commandes musculaires :
-contracter le biceps.
-étirer le triceps.
Ces deux commandes sont ensuite
directement transmises aux muscles
.

1 : fléchir bras gauche
2 : contracter biceps
2 : étirer triceps
L'electricité est transmise du
nerf
au
muscle
par les
terminaisons neuronales
sous forme de
message chimique
. L'influx nerveux parvient aux
terminaisons neuronales
fixées sur le muscle. Ces terminaisons contiennent des
vésicules
qui libèrent des
ions Calcium
sur la
zone de contact
avec le muscle ce qui provoque sa
contraction
.

Qu'est-ce qu'une prothèse ?
Une prothèse est un organe artificiel le plus souvent en matières plastiques, métaux...

Les premières prothèses ont fait leur
apparition à l'époque de l'Egypte antique puis ont évolué au fil du temps et des progrès de la médecine. Depuis seulement une dizaine d'année, les prothèses connaissent un tournant important grace aux avancées technologiques considérables en matière de robotique.
Comment fonctionne-t-elle ?
Grâce à la technologie des myocapteurs, Tharkang 4.2 capte
l'activité éléctromusculaire des muscles de l'avant bras (qui servent à bouger les doigts en temps normal)
ces muscles, du fait de leur rôle dans le contrôle de la prothèse sont dits "muscles contrôleurs".
étape 1
Contraction du muscle contrôleur :
étape 2
Détection du signal éléctrique par les capteurs suite à la contraction du muscle contrôleur.
étape 3
Interprétation du signal par la carte mère qui envoit les ordres de mouvement aux doigts motorisés.
étape 4
Action des doigts motorisés.
Les
perceptions
(ou
"sens"
) liés à la main, fonctionnent comme le mouvement mais dans l'autre sens :
Des
capteurs sensoriels
sont éparpillés partout
sur la peau
et
dans les muscles
, il y a 4 grandes classes de capteurs
différents
qui répondent à des
stimulus différents
:
-les
nocicépteurs
sensibles à la
douleur
.
-les
thermorécepteur
sensibles à la
température
.
-les
propriorécepteurs
sensibles à la
position dans l'espace
(gravité...) et
position des membres par rapport aux autres
.
-les
barorécepteurs
: sensibles à la
pression
.
Lorsqu'un récepteur sensoriel est
stimulé
par un stimulus correspondant à sa
réactivité
, il genère un
influx nerveux
qui remonte jusqu'au
cerveau
via le
système nerveux périphérique et central
.
1 : thermorécepteur stimulé
2 : arrivée de l'influx à la moelle épinière
3 : Reflexe : retirer la main
4 : cerveau informé : l'individu sent la chaleur
Main de fer de Götz Von Berlichingen
(vers 1510),
Chevalier Allemand qui perdit une main
au combat.
Tharkang 4.2
Tharkang 4.2
est une prothèse de dernière génération à 6 doigts : Index, majeur, annulaire et auriculaire ainsi que 2 pouces afin de permettre une préhension à la fois précise, legère et solide selon les besoins de l'utilisateur.
Tharkang 4.2
est faite d'un alliage de titane et de fibre de carbone-epoxy, alliant ainsi légèreté, flexibilité et une résistance à toute épreuve.
myocapteur (2 de chaque côté)
Support au moignon en carbone-epoxy intérieur thermoformable.
Pulpe en caoutchouc
L'information est ensuite envoyée par les capteurs à une carte mère qui l'analyse et définit quels moteurs doivent être actionnés, en fonction des muscles contrôleurs contractés ou non, selon des mouvements préenregistrés et modifiables par l'utilisateurs.
La carte mère va donc ensuite actionner les moteurs concernés tant que l'utilisateur maintient la contraction du ou des muscles contrôleurs. Un système d'arrêt est integré afin de ne pas faire forcer les moteurs lorsque le mouvement n'est plus possible (contre la paume...)
Malheureusement, Tharkang 4.2 n'est pas équipé de capteurs sensoriels reliés au cerveau de l'utilisateur ce qui lui apporterait l'illusion de la sensation, l'avancement actuel de nos recherches étant en effet limité par les connexions neurones-prothèse pour l'instant irréalisables.
Cependant, Tharkang 4.2 est capable de saisir des objets très fragiles, comme des oeufs ou des verres, sans les écraser.
Elle est en effet dotée de capteurs de pression qui, connectés à la carte mère et aux moteurs, permettent de maintenir une pression constante (lorqu'elle est atteinte) suffisante pour tenir l'objet sans le laisser tomber et suffisament faible pour ne pas l'écraser.
Projets en developpement chez
Thark Industry
L' est une prothèse contrôlable par smartphone. Elle inclut plus de 45 mouvements préenregistrés et programmables.
La est une extension de
la , il s'agit d'un gant adaptable sur cette dernière et reproduisant trait pour trait une main réelle.
Possibilité de réaliser une copie de la main valide.
Realthark
Tharkang 4.2
Ithark
C'est notamment grâce aux capteurs de pression que l'on peut
saisir un objet fragile
,comme un oeuf, sans l'écraser. Les capteurs de pression définissent la
pression idéale
à exercer sur un objet afin de le
tenir sans l'écraser. ("feedback sensoriel")
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