La prothèse du genou autonome et adaptative d’Andrea Collo

source: le blog recherche de l’Institut Mines-Télécom

Qui sera le grand gagnant du prix de thèse Futur&Ruptures ? Réponse le 7 avril prochain, lors de la cérémonie de remise des Prix de la Fondation Télécom. Auteurs de thèses distinguées pour leur excellence, les trois lauréats recevront chacun un prix, pour un montant total de 9 500 €. En attendant de connaître le classement final, nous vous présentons dans une série de trois billets leurs travaux, menés au sein des laboratoires des écoles de l’Institut Mines-Télécom. 

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Andrea-ColloAndrea Collo a été récompensé pour ses travaux, menés à Télécom Bretagne, sur le développement d’une prothèse du genou autonome et adaptative, capable de compenser les déséquilibres ligamentaires qui peuvent advenir après l’opération.

L’arthroplastie totale de genou (ATG) est une opération chirurgicale qui consiste à remplacer entièrement l’articulation du genou par une prothèse suite à plusieurs maladies (arthrose, ostéoporose, usure et défauts des tissus mous de l’articulation, déchirures des ligaments et des cartilages). Pour éliminer la douleur et rétablir la mobilité du genou, la prothèse doit être positionnée de manière à ATGgarantir l’équilibre ligamentaire au niveau des deux ligaments collatéraux du genou, les seuls qui ne sont pas enlevés. Or, dans environ 10% des cas, après l’opération, il arrive que les composants prothétiques s’écartent légèrement de leur position de départ, et qu’un des ligaments se relâche. Cela entraîne des douleurs sévères et une mobilité réduite chez le porteur de prothèse, ainsi que l’usure prématurée de la prothèse. À l’heure actuelle, la seule solution pour rétablir des conditions d’équilibre optimales est la chirurgie de reprise, une intervention extrêmement coûteuse (entre 30 et 50 k€) et contraignante à la fois pour le patient et le chirurgien. À l’heure actuelle, environ 19 ATG de reprise sont réalisées chaque jour en France (95 aux USA).

Correction-déséquilibre-ligamentaireAndrea Collo a donc conçu un mécanisme miniaturisé, robuste et biocompatible, qui permet de retendre un ligament relâché en postopératoire sans avoir recours à la chirurgie. Le système est embarqué dans le composant tibial de la prothèse : une vis sans fin permet de déplacer une cale, qui vient soulever le plateau tibial du côté du ligament relâché, ce qui a pour effet de le retendre. Le système d’actionnement est alimenté et contrôlé à distance, par induction magnétique et via un système de télémétrie miniaturisé. Cette technique permet de compenser le déséquilibre ligamentaire et de modifier l’alignement tibiofémoral jusqu’à 3 degrés.

act2Pour ce projet, il s’est appuyé sur la prothèse intelligente précédemment développée par Shaban Almouahed : grâce à quatre capteurs de force piézoélectriques intégrés dans la partie tibiale de la prothèse, elle est capable de détecter le relâchement d’un ligament et d’envoyer les données récoltées au chirurgien par radiofréquence. Grâce à ces données, celui-ci peut estimer au millimètre près le nombre de tours de vis nécessaires pour retendre le ligament. Il lui suffit ensuite d’actionner le mécanisme développé par Andrea Collo. Le chercheur a mis au point un prototype fonctionnel, testé avec succès sur un simulateur de genou. Il vient d’obtenir un financement sur 24 mois de l’Agence nationale de la recherche (ANR projet Emerge), qui va lui permettre d’améliorer encore son prototype, notamment la miniaturisation du moteur qui actionne le mécanisme, et peut-être d’entrer en phase de validation clinique.

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iCub balancing on one foot while interacting with humans

source: this youtube video

The following video shows the latest results achieved in the whole-body control of the iCub, the humanoid robot developed by the Italian Institute of Technology. In particular, it shows the performances of the balancing controller when the robot stands on one foot. The knowledge of the robot dynamics and the measurement of the external perturbations allow for safely interacting with humans as well as controlling highly dynamic motions.

The control of the robot is achieved by regulating the interaction forces between the robot and its surrounding environment. In particular, the force and torque exchanged between the robot’s foot and the floor is regulated so that the robot keeps its balance even when strongly perturbed. These new capacities will be pivotal when iCub will cohabitate with human beings in domestic environments. The results have been achieved by the researches working at the Italian Institute of Technology and, in particular, by those funded by the European Projects CoDyCo and Koroibot with Dr. Francesco Nori as principal investigator.

Related scientific publications: Online and PDF

Related projects: CoDyCo, Koroibot, iCub robot

RoCKIn !

from RoCKIn official website

RoCKInRoCKIn is an EU-funded project aiming to foster scientific progress and innovation in cognitive systems and robotics through the design and implementation of competitions. Additionally, the aim is to increase public awareness of the current state of the art in European robotics and demonstrate the innovation potential of robotics applications for solving societal challenges and securing the competitiveness of European industry in global markets. To this end, RoCKin has developed two Challenges:

These Challenges are based around easy-to-communicate and convincing user stories, which catch the interest of both the general public and the scientific community. Of particular interest to the latter is openly solving scientific challenges and the opportunity to thoroughly assess, compare, and evaluate competing approaches. To allow this to happen, the Challenges are designed to meet the requirements of benchmarking procedures and good experimental methods. The integration of benchmarking technology with the competition concept is one of the main objectives of RoCKIn.

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