Conception Inventive des Prothèses de Main Myoélectriques

Contexte du Projet :

L'amputation des membres supérieurs nécessite des solutions efficaces pour restaurer la mobilité fonctionnelle. Les prothèses myoélectriques actuelles, basées sur des capteurs de surface détectant l'activité musculaire, permettent des mouvements motorisés sans chirurgie. Cependant, les modèles haut de gamme utilisent des systèmes de liaison complexes et des méthodes d'usinage avancées, ce qui augmente considérablement leur coût [1, 2].

Par ailleurs, les solutions plus accessibles via l'impression 3D [3] présentent encore des limites en termes de robustesse et de durabilité. Dans ce contexte, ce projet vise à développer une prothèse connectée, à la fois fonctionnelle et abordable, en exploitant l'impression 3D et des matériaux innovants. Une première version a déjà été conçue ; cette thèse s'attachera à optimiser ses performances par des méthodes de conception inventives [4] et des caractérisations biomécaniques [5].

Objectifs de la Thèse :

L'objectif principal est de développer une prothèse de main myoélectrique, intégrant des avancées technologiques et biomécaniques pour améliorer son réalisme et sa performance. Cette prothèse biomimétique devra répliquer la structure et les fonctionnalités de la main humaine en intégrant des avancées technologiques et biomécaniques. L’optimisation portera également sur la caractérisation biomécanique des matériaux et la conception de nouvelles liaisons plus robustes. L’intégration de capteurs avancés et l’amélioration de la transmission des signaux permettront d’affiner le contrôle myoélectrique, avec une attention particulière portée à l’intelligence artificielle pour améliorer la fluidité des mouvements. L’adaptation aux besoins des patients et la validation clinique seront menées en collaboration avec des spécialistes médicaux [6].

L'originalité du projet repose sur une approche interdisciplinaire mobilisant experts en ingénierie, médecine et science des matériaux pour garantir une optimisation technique, médicale et ergonomique.

Le plan de travail prévoit une première année consacrée à l’analyse de la première version de la prothèse, l’identification des principes d’amélioration, la caractérisation biomécanique des matériaux et la modélisation CAO de la nouvelle version. La deuxième année se concentrera sur la fabrication, la validation expérimentale, l’intégration des composants électroniques et capteurs, ainsi que les tests cliniques en collaboration avec les spécialistes médicaux. La troisième année visera une optimisation avancée et l’exploration d’autres applications, notamment l’intégration de solutions basées sur l’IA et le développement de nouvelles prothèses. Un rapport final et des propositions d’améliorations futures seront produits.

Ce projet sera mené en collaboration avec des experts en chirurgie de la main, en conception de prothèses et en science des matériaux. Un encadrement pluridisciplinaire sera mis en place pour assurer le succès du projet.

Bibliographie :

[1] N. Zainuddin, S. Fatah, & W. Wan Ibrahim, “A Review of Advanced Myoelectric Prostheses: Performance, Control Strategies, and Manufacturing Technologies,” Materials Today: Proceedings, vol. 45, pp. 4579-4587, 2022.

[2] A. Ferrero, L. Zollo, & V. Lippiello, “State of the Art in Myoelectric Control for Upper Limb Prostheses: From Conventional Methods to Advanced Technologies,” IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 28, no. 7, pp. 1601-1610, 2020.

[3] M. S. Hossain, & S. Ghosal, “Recent Advances in 3D Printed Prosthetic Devices: Materials, Technologies, and Applications,” Journal of Prosthetics and Orthotics, vol. 33, no. 3, pp. 125-134, 2021.

[4] H. Chibane, S. Dubois, and R. De Guio, “Innovation beyond optimization: Application to cutting tool design,” Comput. Ind. Eng., vol. 154, no. 107139, p. 107139, Apr. 2021.

[5] A. Baltassat, F. Baldairon, S. Berthe, A. Bellier, N. Bahlouli, P. Clavert. Creation of a replicable anatomic model of terrible triad of the elbow. J Orthop Surg Res 19, 638 (2024).

[6] P. Liverneaux (2022). La Main. SIMS. Prix Hermann Fischgold.

L’équipe CSIP du laboratoire ICube, se consacre à l’étude, la compréhension, le développement théorique et pratique de nouveaux modes de conception produit/systèmes/services prenant en compte l’ensemble de leur cycle de vie, notamment les phases inventives. Les domaines d’application privilégiés sont les produits manufacturés, les systèmes de production et d’information.

Le(a) candidat(e) idéal(e) possède une formation d'ingénieur ou un Master 2 en mécatronique, robotique, mécanique, biomécanique, ingénierie biomédicale, ou domaine connexe. Il ou elle devra maîtriser la CAO (Conception Assistée par Ordinateur), l’impression 3D et l’électroniques. Une bonne connaissance en intelligence artificielle appliquée sera appréciée. Des aptitudes telles que l’autonomie, l’esprit d’initiative et la capacité à travailler en équipe pluridisciplinaire sont attendues.