MEDECINE ET ROBOTIQUE

Par Flora Scacco, Infirmière Diplômée d'Etat

On assiste depuis quelques années à l’émergence de ces nouvelles technologies d’assistance physique, appelées exosquelettes, dans les milieux aux conditions physiques pénibles tels que les métiers du bâtiment, la manutention, les activités militaires, mais aussi le monde médical.

Peu connus du grand public et en cours de développement par plusieurs concepteurs internationaux, il repose sur les exosquelettes un grand espoir de révolutionner les conditions de travail. Ils ont pour bénéfice potentiel de diminuer les efforts physiques en décuplant la force et pourraient prévenir les troubles musculo-squelettiques auxquels certains travailleurs sont exposés. 

Certains services de soins japonais participent déjà à la mise en service des exosquelettes pour la prise en charge des patients. Nous nous intéressons aux résultats qui découlent de ce programme.

Afin de mieux comprendre la démarche d’intégration des exosquelettes dans le système de santé, nous débuterons cet article en définissant l’exosquelette, et en apportant des explications essentielles sur son mode de fonctionnement. Nous introduirons ensuite le bénéfice apporté dans les actions soignantes, et nous évalueront les limites et les risques potentiels liés à l’utilisation de ce concept innovant.

DÉFINITION ET MODE DE FONCTIONNEMENT 

L’exosquelette correspond à un équipement articulé adapté au schéma corporel qui se fixe sur le corps au niveau des jambes et du bassin, voire également sur les épaules et les bras selon le modèle. 

On distingue deux types d’exosquelettes :

• L’exosquelette d’assistance à l’effort ; il est utilisé dans certains établissements de santé dans le cadre d'une rééducation physique. Il permet au patient handicapé ou diminué physiquement d’être assisté mécaniquement dans ses mouvements et ainsi exécuter des mouvements qu’il n’est plus ou pas capable de produire seul. Il participe au regain d’autonomie de la personne à mobilité réduite.

• L’exosquelette amplificateur de force ; il est principalement utilisé dans un cadre militaire et tend à se développer dans les métiers du bâtiment ainsi que le milieu médical. Il est basé sur un mécanisme permettant de porter à mains nues une charge lourde avec une très grande précision. Il a pour objectif de faciliter les mouvements en ajoutant la force de déclencheurs électriques, pneumatiques ou hydrauliques. Il aide au port de charges lourdes en réduisant considérablement la contrainte de portage. Il pourrait ainsi  réduire les troubles musculo-squelettiques causés par l’effort prolongé et les mauvaises postures en diminuant la tension musculaire et articulaire.

UN EXOSQUELETTE EST-IL UN ROBOT? 

On peut parler de robot (dispositif alliant mécanique, électronique et informatique) seulement pour les exosquelettes motorisés basés sur des systèmes électriques (HAL par exemple, voir plus bas). Ne convient pas pour l’exosquelette FORTIS (voir plus bas) par exemple. 

A ce jour il existe plusieurs fabricants produisants des appareils très différents les uns des autres. L’exosquelette confère donc à celui qui le porte des capacités physiques différentes selon le modèle produit. La plupart sont encore à l’essai, d’autres sont déjà commercialisés. 

Si la plupart des exosquelettes sont motorisés (d'un côté mécanique et d'un côté logiciel), ce n’est pas le cas pour la tenue robotique Fortis, conçue par la société américaine Lockheed Martin, qui n’est dotée d’aucune source d’alimentation électromécanique. Fortis a été crée à partir d’un système de transmission des charges de portage et de rééquilibrage, permettant ainsi de répartir les efforts du porteur directement sur les articulations de l’exosquelette. 

L'exosquelette FORTIS (en video ci-dessous (en anglais). 

De même pour les Japonais qui ont innové sur l’exo-muscle d’Innophys basé sur un mécanisme de déclencheur pneumatique par système d’air comprimé injecté dans des valves en caoutchouc qui se gonflent et se contractent. Le gonflage est converti en traction et induit ainsi une force plus importante dans le mouvement.

Des capteurs d’expiration placés dans la bouche du porteur permettent de capter l’intensité du souffle et ainsi de déclencher le mécanisme. 

On constate cependant de meilleures performances pour les exosquelettes motorisés, appelés aussi combinaisons robotiques, basés sur des systèmes de fonctionnement plus complexes avec déclencheurs électriques ou hydrauliques. Bien que les exosquelettes non motorisés ne soient pas tous fondés sur les mêmes principes de fonctionnement, on retrouve des caractéristiques similaires pour les exosquelettes à moteur. La plupart sont équipés des mêmes éléments :

• Le cadre où reposent les composants articulés, correspondant à l’ossature de l’exosquelette,
• Les déclencheurs agissant sur la mise en mouvement du robot par le biais de capteurs,
• Les batteries alimentant le robot en énergie,
• Les capteurs recevant l’information du mouvement et émettant un signal pour activer le geste, pouvant être manuels (exemple de joystick) ou bioélectriques,
• L’ordinateur, qui contrôle et recueille les informations et qui fait l’intermédiaire entre les capteurs et les déclencheurs pour transmettre les données.

Ces nouvelles technologies ont pour vocation de toucher de multiples secteurs d’activité. Qu’en est-t ’il pour le milieu de la santé ?

EXOSQUELETTES AU TRAVAIL 

Utilisés dans le cadre d’une rééducation physique chez les personnes à mobilité réduite, les exosquelettes se développent également dans l’intérêt des soignants, afin de les aider dans les mobilisations des patients.

Au Japon, ces technologies connaissent une avancée plus importante. La série d’exosquelettes HAL commercialisée par Cyberdyne compte un modèle médical, HAL- CB01 (récemment avalisé par le Ministère de la Santé japonais). Il serait proposé à la location dans certaines maisons de retraite, cliniques et hôpitaux et serait utilisé comme un outil de travail pour réduire la pénibilité liée aux mouvements répétitifs exécutés dans la journée. Ainsi, il assiste le soignant lors des transferts de patients lit/fauteuil ou fauteuil/lit, aide au port des malades pour les redresser dans les lits, etc…

L’exosquelette HAL-5, quant à lui, a été conçu en partie pour des usages dans le domaine médical. En comparaison avec son prédécesseur HAL-CB01, il recouvre la totalité du corps humain. Il utilise des capteurs d’intention placés sur la peau qui détectent les signaux électriques envoyés par le cerveau aux muscles. Il est simple d’utilisation et sa mise en place ne nécessite que quelques minutes. Cependant il peut sembler encombrant avec son ossature imposante, et pèse plus de 20 kg ce qui pourrait limiter son utilisation dans les structures de santé.

La vidéo ci-dessous nous montre la combinaison robotique HAL-5. A la 4e minute: démonstration d’un soignant portant un patient sans difficultés.

Nul besoin de parcourir la terre et se rendre au Japon pour observer la mise en action d’un exosquelette. L'Europe possède également plusieurs fabricants innovants.

Aux Pays-Bas, la société Laevo a conçu un exosquelette très simple d'utilisation avec une volonté de se développer dans l'aide au travail physique des soignants.

Ci-dessous, video de présentation de l'exosquelette LAEVO.

En France, proche de la ville d'Auxerre, la société RB3D a lancé le développement de plusieurs versions d’exosquelettes, jusque là essentiellement dédiées aux applications civiles et ne faisant pas l’objet d’utilisation en intra-hospitalier. Ci-dessous, video de présentation de l'exosquelette RB3D.

On entrevoit d’ores et déjà les limites du projet. Ce concept innovant ne fait-t’ il pas l’objet d’un fantasme en robotique ?

ASSISTANCE ,GADGET ,OU RÉEL OUTIL DE TRAVAIL ?

Force est de constater le bénéfice potentiel apporté aux soignants ; les efforts physiques sont allégés et la force est décuplée. Les efforts de portage sont appliqués sans avoir la pénibilité du travail. Il y a là un réel intérêt au regard des conditions de travail actuelles, où l’on constate une demande de prise en charge croissante avec un effectif de personnel pas toujours en adéquation avec les besoins.

Dans les établissements de santé où les actions soignantes sont variées, l’exosquelette a-t-il sa place au regard du nombre d’interventions liées au port de charge lourde ? Au prorata du gain apporté par la facilité du mouvement, la perte de temps associée à la mise en place du robot est-t’ elle un élément à prendre en compte pour évaluer la faisabilité du projet ? Telles sont les questions auxquelles nous devons répondre avant de songer à introduire les exosquelettes en milieu soignant. 

LIMITES ET CONTRAINTES DE L’EXOSQUELETTE 

Les exosquelettes s’introduisent dans une démarche ergonomique limitant les troubles musculo-squelettiques secondaires à des mauvaises postures ou des mouvements répétés. Néanmoins, nous n’avons pas suffisamment de recul pour témoigner des risques associés à l’utilisation prolongée du système. Existe-t-il un réel danger pour l’utilisateur ? L’effort compensé par le robot peut-t’ il avoir des répercussions sur le corps humain ? L’organisme INRS (Institut National de Recherche et de sécurité pour la prévention des accidents de travail et des maladies professionnelles) s’interroge déjà à ce sujet. Leurs investigations font l’objet d’une étude de laboratoire sérieuse dont les résultats sont communiqués sur leur site internet officiel. L'INRS a identifié plusieurs risques qu'il classe en trois catégories ; les risques mécaniques, ceux liés à la charge physique et ceux en lien avec la charge mentale de travail.  

Peut-t’on constater des défaillances du système entraînant ainsi un danger pour celui qui l’utilise ? Peut-t’ il y avoir un décalage entre l’intention motrice de l’utilisateur et le mouvement induit par le robot ?

S’ajoutent à ses interrogations d’ordre mécanique, des questions éthiques qui s’appuient sur l’acceptation de l’exosquelette par le patient, mais aussi par le soignant. Son interface aux allures futuristes est-t’ il adapté à une population vieillissante, génération qui n’a pas connu l’explosion de la robotique, et qui pourraient être réfractaire aux soins prodigués à l’aide de cet appareillage ?

La représentation individuelle du robot est déterminante dans l’acceptation de celui-ci. Il en est de même pour le soignant ; l’utilisation des exosquelettes demande à celui qui le porte d’accepter qu’un mécanisme motorisé vienne subvenir à des tâches qu’il n’est pas en mesure de réaliser seul avec autant d’efficacité. Il lui incombe d’avoir confiance en la technologie et de faire face aux défaillances qui pourraient en découler. Aussi, la dépendance induite par l’exosquelette peut elle renforcer le sentiment de perte de contrôle et d’autonomie sur son travail ?

D’un point de vue technique, il importe à son utilisateur d’avoir des connaissances sur la mise en service de l’exosquelette, et nécessite d’assimiler son mode de fonctionnement pour optimiser ses performances robotiques. Néanmoins, existe-t-il des contraintes liées à l’adaptation des exosquelettes aux spécificités physiques de chaque individu ? Ne feraient elles pas obstacle à la démocratisation de ces derniers ? La modification des paramétrages impliquerait l’intervention régulière de l’ingénieur, ce qui semble difficilement réalisable au vu du nombre d’intéressés susceptibles d’avoir recours aux prestations de ces robots dans les services de soins. 

En conclusion, il est possible que dans un avenir proche, l’utilisation des exosquelettes s’imposera dans les hôpitaux français. Néanmoins, les chercheurs doivent encore expérimenter les exosquelettes en milieu professionnel pour espérer les adapter au mieux aux activités soignantes. Il ne serait pas surprenant d’observer la généralisation de ces appareillages d’ici les prochaines années au regard des avantages qu’ils confèrent. On peut supposer que ces technologies révolutionnaires nous engagent dans l’amélioration des conditions de travail et permettent d’obtenir une régression des maladies professionnelles et des accidents de travail.

Référence:

Site officiel de l'INRS

http://www.inrs.fr/risques/nouvelles-technologies-assistance-physique/identification-risques.html