Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

TPE PROTHÈSE BIONIQUE

Fait par: YOUNSI Hussein; BARDET Benjamin et FOUGEROLLE Mathis
by

mathis fougerolle

on 12 March 2016

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of TPE PROTHÈSE BIONIQUE


Dans le cas du bras bionique, les boites de vitesse sont situées dans les f
ibres de carbone, elles permettent d'amplifier certains mouve
ments et sont reliées aux différents moteurs.

C°) des boîtes de vitesse
La fibre de carbone est particulièrement utilisée pour recouvrir tous les moteurs  ainsi que la boîte de vitesse qui travaille en coordination avec les différents moteurs dans le cas du bras bionique . C’est  un matériau extrêmement prisé dans la composition des prothèses, en raison des caractéristiques ci-dessous présentées. Il s'agit en effet d'un matériau extrêmement fin (le diamètre est compris  entre 5 et 15 micromètres). C’est une molécule composée exclusivement de carbone, ce qui lui donne plusieurs avantages, d’où son utilisation pour le bras bionique. La fibre de carbone est très résistante à la traction et à la compression car elle provient d’alignement de cristaux (agglomération d’atomes de carbone). Elle est caractérisée par sa faible densité, sa flexibilité et sa bonne conductivité thermique et électrique. D 'autre part, son inertie chimique sauf à l’oxydation, est aussi un caractère important de la fibre de carbone. Les fibres de carbone sont donc utilisées pour plusieurs types de prothèses (comme celle de hanche par exemple).
C'est une batterie au lithium,qui est utilisée afin d'apporter une source d'énergie nécessaire au fonctionnement de la prothèse et à l'autonomie du patient. Elle est constituée de deux accumulateurs principaux qui permettent une autonomie de vingt heures à trois jours selon l'activité du porteur de prothèse. Pour vérifier le niveau de charge de celle-ci, l'utilisateur appuie sur la prise de charge . Pour recharger la batterie,  le patient doit clipper le chargeur magnétique sur la prise de charge.
Le système électronique intégré dans l'accumulateur protège les composants des courts-circuits, des surtensions et d'un chargement à température non recommandée. Un câble de communication à douille tri-polaire est utilisé pour la transmission des données et un câble d'alimentation permet de relier l'accumulateur et les composants prothétiques.
La tension de sortie d'une prothèse est de 7,4 volts. La batterie met environ 2h30 à charger.
Ce qui pose encore problème aux chercheurs aujourd'hui, c'est l'autonomie de cette batterie et son alimentation externe.
 
A°) Des batteries
La gomme silicone est utilisée essentiellement dans un but esthétique pour recouvrir entièrement les prothèses. C’est un polymère d’atomes de silicium, de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. Elle résiste assez bien aux  températures extrêmes (-55°C ; +300°C) et elle est très flexible.Ce qui présente un intérêt notamment pour les sportifs de haut niveau, qui continuent à pratiquer un sport comme l'escalade par exemple, au cours duquel la prothèse est soumise à rude épreuve en matière de changements de températures. Elle peut être tassée ou étendue. De plus, elle empêche la prolifération de bactéries ou de moisissures. La gomme de silicone peut aussi prendre de nombreuses couleurs ce qui permet de reproduire facilement la teinte de la peau.

Les électrodes et autres composants électroniques (puces)
Ces composants équipent les prothèses bioniques de dernières générations, qui permettent aux porteurs de prothèses de ressentir la sensation du toucher par exemple, ou de mesurer la pression qu'il souhaite exercer sur un objet. Cette prouesse est aujourd'hui rendue possible grâce à l'implantation d'électrodes, dans le cas du bras bionique, dans le thorax du porteur de prothèse, lequel par le biais de la contraction du muscle du bras amputé, envoie des signaux électriques au moteur situé dans la prothèse, lesquels sont interprétés par une puce, capable de reconnaître une centaine de signaux et donc ainsi de savoir quel mouvement effectué
La plupart de ces composants sont constitués par des biomatériaux.
 Les biomatériaux sont des matériaux non vivants utilisés dans le cadre d'un dispositif médical et visant à remplacer ou traiter un tissu,ou un organe défaillant.
Dans le cadre de la conception des prothèses bioniques ou non d'ailleurs, ils ont été requis en raison de leurs propriétés et en particulier :
-leur capacité à ne pas susciter d'infection ou de réaction de rejet,
-la possibilité qu'ils offraient d'être stérilisés avant l'emploi, sans présenter de contraintes physiques, chimiques ou thermiques
- et enfin pour leur résistance à des contraintes mécaniques (des milliers de fermeture ou d'ouverture)
Il existe quatre grande catégories de biomatériaux, dont font partie les métaux et les alliages.
On ne retiendra ici que ceux les plus couramment utilisés, à savoir les métaux et les alliages , qui présentent des caractéristiques très appréciables notamment pour les prothèses du bras ou de la main bioniques .
En matière de fonctionnement, les chercheurs et concepteurs des prothèses bioniques, ont recherché à reproduire au plus prés de la réalité, le fonctionnement normal des membres de l'être humain, soit en récupérant ce qui reste de fonctionnel sur le membre amputé, soit en utilisant l'électronique et la robotique pour suppléer aux fonctions du membre désormais absent (ce sera la fonction des électrodes et des moteurs , reliées ou contenues à la prothèse).

SECONDE PARTIE : LE FONCTIONNEMENT DES PROTHESES BIONIQUES
On le sait désormais aujourd'hui, tous les mouvements des membres de notre corps , sont commandés par notre cerveau, qui leur envoie des signaux nerveux, transmis aux muscles via les nerfs. Or, dans le cas des personnes amputées, ces signaux que le cerveau continue de pouvoir émettre même après une amputation, étaient bloqués au niveau des terminaisons nerveuses du membre amputé, faute de ne plus trouver de muscles . D'où la première étape du fonctionnement des prothèses bioniques, qui a consiste à rétablir ce cheminement Cerveau, nerfs, muscles, en routant les nerfs du membre amputé vers les muscles sains de cette personne et ce au moyen d'une opération chirurgicale.

A°) Le système nerveux
Les membres bioniques comportent tous les mêmes risques. Bien qu’ils soient présents en petites quantités, ses risques peuvent poser problèmes pour l’adaptation du membre avec le patient, voir même faire échouer cet dernière action. En effet, la transplantation des nerfs à des risques d’échouer. Le bras bionique ne pourra donc pas s’actionner, puisqu'il ne recevra pas de signal envoyer par le cerveau. Le patient peut aussi ressentir les douleurs « classiques » d’une amputation, c’est-à-dire douleurs au niveau du membre amputé mais aussi au niveau du moignon.

TROISIEME PARTIE: RISQUES ET INCONVENIENTS
1°) Les inconvénients physiques :

Malgré ses avancés technologiques, la prothèse bionique présente encore quelques problèmes. L’un de ses plus gros inconvénients de cette dernière es son poids, se situant entre 3,5 et 5kg. Nous pouvons aussi parler de sa non-étanchéité(le membre bionique étant conçu principalement d’éléments électroniques, l’individu ne peut donc pas l’utiliser pour des activités aquatiques , comme par exemple, se doucher),de la fluidité de ses mouvements, ou bien de la courte durée de sa batterie. Comme dit précédemment, la liaison cerveau/bras bionique comporte encore des risques, bien qu’ils aient été réduits avec l’évolution de ce dernier.

Aujourd'hui, les utilisateurs d’un membre bionique ont de plus en plus de contrôle sur la pression en fonction de l'objet tenu. Les problèmes de pression excessive sont donc en voie de disparition.

Les batteries d’une prothèse bionique peuvent varier d’un à trois jours (la partie électrique consomme une grande partie de l’énergie. Il faut donc le recharger minimum une fois par jour si son utilisation est fréquente)

Les mécanismes du membre sont extrêmement bruyant à cause de ses moteurs qui créent la rotation du membre. Or, un dispositif d’isolation phonique ne peut pas être installé par manque de place dans la prothèse.

Pour finir, nous pouvons dire que le problème majeur du membre est sa puissance. Le dosage de la puissance peut parfois être erroné, certains mouvements sont donc effectués trop brutalement.

Une fois les signaux émis par le cerveau et transmis via les nerfs aux muscles, cela entraîne une contraction de ces derniers et l'émission de signaux myoélectriques, récupérés par des électrodes reliées à la prothèse,d'où l'importance de l'emplacement de ces électrodes, pour permettre une transmission optimale des messages. Seulement, la transmission de ces impulsions nerveuses ne constituent pas en soi, une information que le système robotique de la prothèse peut interpréter. De ce fait, les chercheurs ont dû mettre au point de puissants algorithmes, capables de transformer ces impulsions nerveuses en messages électriques correspondants à des ordres pour les moteurs situés dans la prothèse et permettre ainsi au porteur de cet appareillage de faire les mouvements qu'il désire.
c°) Aspects électroniques et robotiques des prothèses bioniques
Cependant, si le fonctionnement d'une prothèse bionique peut paraître relativement simple une fois décomposé, même s'il faut s'imprégner de nombreuses connaissances et de nombreux procédés techniques, il ne faut pas oublier que le bon fonctionnement de cet appareillage supposera de la part du porteur:

TPE PROTHESES BIONIQUES
martin
Sommaire
1°) Introduction

2°) Les composants

3°) Le fonctionnement

4°) Risques et inconvénients

5°) Conclusion

Remplacer un organe ou un membre amputé, déficient, ou encore inexistant, c'est l'objet même des prothèses. Dire qu'elles existent depuis la nuit des temps, serait faux. Cependant, la plus vieille prothèse que l'on ait retrouvée, aurait environ 3000 ans et daterait de l'époque des Égyptiens. Elle consistait, en un gros orteil en bois, qui avait pour fonction de remplacer le membre amputé. Sous l'antiquité, les Grecs et les Romains utilisaient eux aussi des prothèses. Pendant la Renaissance, le chirurgien Français Ambroise Paré mit au point, de nouvelles techniques d'amputation et de nouvelles prothèses, notamment de nouvelles armatures métalliques de jambes de bois articulées et des cuissardes.
Néanmoins, ce sont particulièrement les guerres, qui ont été à l'origine, des nombreux progrès faits en matière de prothèse.
La guerre de Sécession, pendant laquelle on dénombra 30.000 amputations, mais aussi, les deux dernières guerres mondiales ont, en effet, largement contribué à l'éssor des prothèses.
Plus proche de nous, au cours de la première décennie du XXI ème siècle, c'est un nouveau genre de prothèse, qui fait la une de l'actualité, il s'agit de la prothèse bionique.

En 2006, est crée le prototype d'une nouvelle prothèse, la première prothèse bionique du bras, portée par Claudia Mitchell.
Aujourd'hui encore, ce nouveau genre de prothèse, peut être considéré, comme étant « la Rolls Royce» des prothèses, grâce aux nouveaux composants utilisés pour la concevoir, qui font d'elle une prothèse très haut de gamme, grâce à son fonctionnement, cependant comme tout « accessoire de remplacement », elle présente des risques et des inconvénients .

PREMIERE PARTIE :LES COMPOSANTS DES PROTHESES BIONIQUES
Quelle que soit la prothèse bionique, elle comporte presque toujours les éléments suivants :
A°) des batteries,
B°) des tubes en fibre de carbone,
C°) des boîtes de vitesse,

E°) de la gomme de silicone,
F°) électrodes et autres composants électroniques
G°) le rapport entre ces composants et les bio matériaux

B°) des tubes en fibre de carbone
D°) des moteurs
Il y a, selon le mouvement désiré, différentes tailles de moteurs utilisées. Par exemple, dans le cas de la main bionique les moteurs les plus petits sont dans les doigts. Les moteurs les plus gros, servent quand il s’agit de la reproduction d’un geste du poignet, du coude et de l’épaule… Il y a entre six et dix moteurs dans le bras bionique, qui permettent de faire quatre mouvements différents.
La grande innovation dans le cas de la dernière main bionique mise sur le marché, a été d'abandonner l'idée d'un moteur centralisateur, mais au contraire, de recourir à un petit moteur dans chaque doigt, de manière à pouvoir plus facilement désolidariser, les mouvements de chaque doigt.
E°) de la gomme de silicone
F°) électrodes et autres composants électroniques
G°) le rapport entre ces composants et les biomatériaux

Le système nerveux est essentiel pour notre perception du monde et pour le fonctionnement de notre organisme comme les mouvements que nous réalisons tous les jours.
La transmission des messages nerveux sont dû à la multitude de neurones reliés par des synapses

Sur ce schéma nous voyons que les neurones sont composés d’un corps cellulaire d’un noyau, de dendrites permettant la réception d’un message nerveux et d’axones (plusieurs forment un nerf) qui permettent la transmission d’un message nerveux.

La liaison dendrite/nerf se fait à partir d’une synapse :
Le message nerveux traversant un axone arrive au bouton terminal qui est l’ « embouchure »de l’axone. A partir de cela, le message sera transmis à un autre neurone ou à un muscle par une synapse au niveau de récepteurs. La transmission du signal nerveux au niveau de la synapse est un mécanisme chimique : les molécules neurotransmetteurs sont libérées par l’axone ce qui aura pour conséquence la détection des molécules par des récepteurs spécialisés. (Si le récepteur est un muscle, l’action du neurone est la contraction des fibres concernées.)

Au niveau d’un muscle, ce sont les motoneurones qui entrent en jeu :
Définition :

Un motoneurone, ou neurone moteur, est une cellule nerveuse qui est directement connectée à un muscle et commande sa contraction. Il peut agir sur un petit ou un grand nombre de fibres musculaires, l'ensemble étant appelé une unité motrice. Les motoneurones contrôlent donc les mouvements du corps. (http://www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/dico/d/medecine-motoneurone-203/)

B°) La récupération des capacités encore fonctionnelles du membre amputé : le routage des nerfs de ce membre vers des muscles sains

Le recours à une prothèses bionique, suppose qu'au préalable, la personne amputée ait subi cette opération chrirurgicale.

Dans le cas de la prothèse bionique du bras, cette opération chirurgicale consiste à réorienter vers les muscles du thorax, les quatre principaux nerfs , qui permettent les mouvements du bras, savoir:

- le nerf radial, qui permet l'extension du bras,
- le nerf musculo-cutané, qui permet l'extension et le flexion du bras,
- le nerf médian , qui permet à la paume de la main de regarder le sol,
- et le nerf ulnaire, qui permet l'ouverture ou la fermeture des doigts.

Ces nerfs, sont donc réorientés vers les muscles du thorax auparavant dénervés. Cette opération est appelée Targeted Muscle Réinervation ( TMR).

Comme nous l'avons évoqué ci-dessus, il s'agit au niveau de cette première étape du fonctionnement des prothèses bioniques de récupérer les fonctionnalités du membre amputé encore opérationnelles comme les terminaisons nerveuses,( qui font souvent croire aux personnes amputées qu'elles ont encore leur membre et c'est d'ailleurs porquoi on parle de membre fantôme) pour transmettre aux muscles d'un membre sain, les signaux émis par le cerveau et ainsi permettre la contraction de ces derniers. Dans quel but, vous demanderez-vous peut-être ? Parce qu'en se contractant, le muscle crée un courant électrique, autrement appelé signal myoélectrique, qui doit être suffisamment puissant pour être capté par les électrodes placées à la surface de la peau et c'est là qu'entre en jeux les apports électroniques et robotiques de la prothèse.
Comme il a été dit plus haut, tout cela ne serait pas possible si les terminaisons nerveuses situées dans le moignon ne restaient pas actives , mais aussi, si le cerveau n'émettait plus de signaux nécessaires à la mobilité du membre.Or une particularités de l'être humain , est que les signaux émis par notre cerveau pour bouger nos membres , sont stockés dans notre mémoire procédurale, également appelée memoire de procédure, laquelle nous est acquise au fil du temps et de nos habitudes répétitives et qui subsiste sur le long terme, même de nombreuses années aprés son apprentissage. c'est pourquoi,tout le monde le sait, on oublie jamais le fait de faire du vélo.

- qu'il apprenne à émettre des signaux nerveux, quand il le souhaite
- qu'il apprenne à contracter avec précision le muscle pectoral, dans le cas du bras bionique par exemple, pour pouvoir faire des mouvements précis.
Et tout cela procède d'un entraînement long et sérieux.

2°) aspects biologie
La réussite de l'opération T.M.R (Targetted Muscle Reeinervation) est la seule condition pour que le corps d’un patient accepte sa nouvelle prothèse bionique. Si cette dernière échoue, le bras bionique ne reçoit pas le message envoyé par le cerveau du patient et ne peut donc pas effectuer le mouvement demander par ce dernier.

L'opération chirurgicale est une opération considérée comme très importante pour le patient. Au jour d’aujourd’hui, les prothèses bioniques n’arrivent pas encore a reproduire à 100% la sensation de toucher. Toutefois la génération de prothèse la plus récente, n’a encore été que très peu testée et sera, par conséquent, commercialisée que dans une dizaine d’années. Les essais étant assez rapide (environ un moi. Cette limite est fixée par la législation européenne pour tous tests cliniques), les scientifiques ne peuvent pas savoir si l’utilisation à long terme de cette dernière génération de prothèses peut endommager son système électrique.

Du fait que le patient n’ai peut voir aucune sensation de toucher, il doit constamment garder un œil sur son bras bioniques pour vérifier ses mouvements. De même que pour les bras, le patient doit aussi surveiller ses jambes pour les actions les plus compliqués, tel que monter les escaliers.

75% des amputés disent ressentir une douleur au niveau de leur membre amputé. Les médecins appellent cette douleur « la douleur fantôme ».Bien que les médecins et scientifiques soient au courant de cette douleur « fantôme » depuis le XVI° siècle, ils n’arrivent toujours pas à cerner son point de départ.

Pour palier a ses douleurs, il existe des traitement comme par exemple la thérapie du miroir : puisque le membre amputé ne peut plus envoyer de message sensitif au cerveau, on peut compenser par message le message visuel. La personne doit regarder bouger le membre qui lui reste dans un miroir. Cette vision envoie alors un message fictif qui permet de faire croire au cerveau que c'est le membre amputé qui fonctionne de nouveau.

D'autres thérapies existe, comme les traitement médicamenteux (antidépresseurs par exemple) ou encore la stimulation magnétique transcrânienne. (Elle consiste à stimuler magnétiquement la zone du cerveau qui commandait le membre amputé. La machine utilisée envoi un champ magnétique très puissant qui va conduire à un courant électrique.

Lorsque ces thérapies n'entrainent aucun effet la dernière solution est de pratiquer la section des fibres nerveuses qui conduisent l'information douloureuse. Cette technique n'est réservée qu'en cas de dernière urgence



passé
présent
cliquez sur la vidéo puis appuyez sur entrée
Se dirige t-on avec les prothèses bionique vers un homme augmenté ?L'homme appareillé , en deviendra t-il plus performant , que celui doté de ses membres naturels ?
Les prothèses bioniques ne remplacent que partiellement les capacités humaines et étaient très imprécises
CONCLUSION
Ainsi tout au long de notre TPE nous avons vu comment les prothèses bioniques étaient constituées , comment elles pouvaient fonctionner pour retranscrire nos mouvements et qu'elles étaient les risques et inconvénients qu'elles pouvaient provoquér.

De nos jours, grâce aux progrès de la science, les prothèses reproduisent nos capacités comme elles devraient l'être et permettent même aux personnes amputées de pratiquer un sport tel que l'escalade ou bien la danse. Mais le prix de ces prothèses restent un frein à leur développent et de nombreuses personnes ne peuvent y avoir accès .

Les prothèses ne permettent pas encore d'améliorer toutes nos capacités mais en considérant que la science est en progrès continuel, nous pouvons penser que cela sera possible un jour.
BIBLIOGRAPHIE
Pour mieux comprendre , quel est objectif de l'opération décrite au paragraphe B , faisons un bref rappel du fonctionnement de notre système nerveux

A cette problématique, les dernières prothèses bioniques de la cheville et de la main, mises au point au cours de la dernière décennie, nous invitent à répondre , oui, tant elles sont proches en terme de fonctionnalités de nos membres naturels, voire meilleures.
En effet, on peut dire à ce sujet, que la prothèse de la cheville, restaure une marche quasi naturelle, l'équilibre et une vitesse de marche correcte. Et il suffit pour s'en convaincre de regarder cette vidéo de Herr Hugh et d'une danseuse amputée mais appareillée exécutant une rumba en toute simplicité.
Quant à la prothèse de la main, elle est aujourd'hui capable de ressentir les sensations, le contact avec un objet et sa consistance.
Et enfin, alors que nos bras disposent de 22 degrés de libertés, le bras bionique en possède aujourd'hui 18.
De là à dire, que ces appareillages vont dépasser les capacités de nos membres naturels: il n'y a qu'un pas ? que certains comme Herr Hugh, lui même amputé de deux jambes et PDG d'une ces startup qui produit ces prothèses bioniques a franchis allègrement, puiqu'il déclarait à un journaliste sur un salon, il y a quelques temps " Dans un avenir proche, il vaudra mieux être invalide que totalement valide."
Et d'ailleurs le slogan du laboratoire de Biomechatronics au MIT media lab, dont il est également le directeur, est assez révélateur ; il est le suivant: "VERS LA FIN DU HANDICAP"
Certes, une prothèse, comme celle du pied et du mollet dépasse aujourd'hui par ses prouesses celles de nos membres naturels, puisqu'elle absorbe les chocs et permet de réduire les contraintes subies par les articulations des jambes et du dos. Et c'est d'ailleurs vraisemblablement ce qui explique que des soldats Américains, soient repartis au front équipés de ce type de prothèse, après avoir dû être amputés. On évoque aussi que ces prothèses limiteraient l'apparition de l'artrose , ce qui serait un point très positif pour les personnes âgées, qui devraient être amputées.
Mais en voulant créer un homme totalement artificiel, ne se détourne t-on pas de l'objectif initial et essentiel des prothèses, qui est rappelons le, de remplacer un membre ou un organe désormais absent ou défaillant et pas d'en faire un "surhomme". Avant de trop vouloir jouer à l'apprenti sorcier, ne devrait-on pas se tourner vers un conseil éthique, à même de dire aux chercheurs, si cette voie mérite ou non de continuer à être explorée.

http://www.atelier.net/trends/articles/mise-point-dune-nouvelle-prothese-biomecanique
http://www.sciencesetavenir.fr/high-tech/20091203.OBS9558/une-prothese-de-main-controlee-par-la-pensee.html
http://www.francetvinfo.fr/sciences/high-tech/video-hugh-herr-ou-l-homme-repare-grace-aux-protheses-biomimetiques_856965.html
http://www.lepoint.fr/high-tech-internet/les-exploits-de-l-homme-bionique-12-04-2012-1452106_47.php
http://news.bbc.co.uk/2/hi/health/5348458.stm
http://www.lepoint.fr/high-tech-internet/les-exploits-de-l-homme-bionique-12-04-2012-1452106_47.php
http://lewebpedagogique.com/exosquelettebionique/2013/02/10/les-inconvenients-des-membres-bioniques/
http://www.assistancescolaire.com/eleve/4e/svt/reviser-une-notion/la-communication-entre-les-neurones-la-transmission-synaptique-3sad06
http://keepschool.com/fiches-de-cours/lycee/svt-biologie/systeme-nerveux.html
http://brasbioniquetpe.e-monsite.com/pages/composants-du-bras-bionique.html
modèle prezi : template desktop
Fait par : YOUNSI HUSSEIN, BARDET BENJAMIN, FOUGEROLLE MATHIS
Full transcript