L'utilisation d'Arduino dans les projets de contraction musculaire ouvre un vaste champ d'innovations, allant des prothèses bioniques aux outils de rééducation. Cet article explore différentes applications, en mettant en lumière des initiatives remarquables et des approches novatrices.
BionicoHand : Une Prothèse Myoélectrique Open Source
Le projet Bionicohand, né au sein du LabFab Rennes sous l'impulsion de Nicolas Huchet, illustre parfaitement l'accessibilité et le potentiel de l'impression 3D combinée à l'électronique open source. Cette main robotique est un exemple concret de la manière dont la technologie peut améliorer la qualité de vie.
Genèse du Projet
Victime d'un accident du travail à l'âge de 18 ans, Nicolas Huchet avait été déçu par les prothèses traditionnelles. Dix ans plus tard, il décide de créer sa propre prothèse au LabFab de Rennes, en s'appuyant sur les plans open source du robot InMoov développé par Gaël Langevin et avec l'aide de Hugues Aubin.
Conception et Fabrication
La BionicoHand est fabriquée par impression 3D. Elle est dotée de capteurs qui détectent la contraction musculaire. Ces signaux sont ensuite transmis à une carte Arduino, qui active les doigts de la main bionique. Le coût de fabrication est d'environ 200 euros, une fraction du prix d'une prothèse classique (environ 15 000 euros). Les plans sont disponibles en open source, ce qui favorise l'innovation collaborative et l'amélioration continue du dispositif.
Arm2u : L'Innovation Étudiante au Service du Handicap
L'équipe Arm2u, composée d'étudiants de l'École d'ingénierie industrielle de Barcelone (ETSEIB) de l'Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), travaille à améliorer la vie des personnes handicapées grâce à la technologie.
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Un Bras Robotique Fonctionnel
Après avoir créé une première prothèse, l'équipe a développé un deuxième prototype : un bras robotique imprimé en 3D avec du plastique PLA. Ce bras permet la pronosupination de la main (rotation de l'avant-bras) et les mouvements d'ouverture/fermeture. Lluís Bonet Ortuño, l'un des chefs d'équipe, souligne l'importance de l'accessibilité financière : « L’un de nos principaux objectifs lors du développement de la prothèse était de réaliser un prototype avec des technologies abordables, afin qu’elle puisse être produite et modifiée en permanence sans coût élevé. »
Participation au Cybathlon
Kyle, utilisateur de prothèses, a participé au Cybathlon Challenge à Zurich avec la prothèse Arm2u. L'équipe se prépare maintenant pour le Cybathlon 2024. Aleix Ricou, également chef d'équipe, explique que « l’équipe a pour objectif de développer de nouvelles prothèses pour aider les gens au quotidien et poursuivre la recherche en génie biomédical. »
Baah Box : Rééducation Musculaire Ludique
Frédérique Pinson, ingénieure en informatique chez Orange Innovation à Lannion, a créé la Baah Box, un projet innovant de rééducation musculaire. Elle allie son expertise technique à sa sensibilité sociale.
Un Outil de Rééducation Accessible
Initialement conçue pour une prothèse de main imprimée en 3D, la Baah Box est devenue un outil ludique et abordable. Elle offre une rééducation agréable pour les enfants et les adultes. Frédérique Pinson explique : « J’aime travailler sur des projets (professionnels ou personnels) qui ont du sens, et j’adore fabriquer des choses avec mes mains (bois, résine) aussi bien qu’avec un peu de 3D, d’électronique et de programmation. »
Principe de Fonctionnement
La Baah Box est un petit boîtier relié à des capteurs musculaires. Ces capteurs sont similaires à ceux utilisés pour les prothèses. Des jeux sur smartphone, pilotés par les capteurs musculaires via le boîtier, rendent l'apprentissage ludique. « Pour chaque geste de la main que nous faisons sans y penser, une personne équipée d’une prothèse doit se souvenir de la combinaison de contractions à effectuer et être capable de les faire. Cela demande un apprentissage assez long et générateur de migraines », précise Frédérique Pinson. La Baah Box permet de s’entraîner à utiliser ses muscles pour piloter une main, à la maison ou chez un kinésithérapeute.
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Facilité de Fabrication et d'Utilisation
L'équipe a veillé à ce que la Baah Box soit facile à fabriquer, fiable et abordable. Les composants sont disponibles chez Adafruit. Des tutoriels détaillés facilitent le montage du boîtier. La Baah Box a été testée par le centre de rééducation de Lannion-Trestel.
Évolutivité
Un kit Scratch est en préparation pour permettre aux enfants de programmer leurs propres jeux.
Robot Miniature Actionné par des Fils de Nitinol
Un autre projet explore la contraction musculaire artificielle à travers le développement d'un robot miniature mû par des pattes actionnées par des fils de nitinol.
Principe de Fonctionnement
Les pattes sont actionnées par des fils de nitinol, qui se rétractent sous l'effet de la chaleur (environ 70°C). Le robot se déplace en avant et en arrière et peut tourner sur lui-même. La contraction du nitinol est instantanément liée à la température. Pour une contraction rapide, un courant fort est appliqué, mais il est essentiel de ne pas surchauffer le câble. Pour réduire le temps de refroidissement, des câbles plus fins ou des câbles haute température (HT) peuvent être utilisés. Des moyens externes de refroidissement, tels que l'air, des radiateurs ou des liquides, peuvent également être employés.
Conception et Fabrication
Le nouveau concept s'inspire d'une patte de mammifère, avec un tibia attaché à un fémur. Un fil de 250µm d'épaisseur est traversé par un courant de 1,050A. Le câble mesure 32 cm et a une résistance linéique de 18,5Ω/m, soit 5,92Ω.
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Défis Techniques et Solutions
Des problèmes initiaux avec le logiciel Fritzing ont conduit à une refonte du PCB avec le logiciel Eagle. Le design a été simplifié pour n'utiliser qu'un seul câble par patte, sacrifiant la possibilité de marche arrière. L'arrière du robot repose sur des roulettes, et l'avant est soulevé par la patte lors de la traction.
Prototypes
Un premier prototype a démontré la viabilité du design. Un second prototype corrige les points faibles du premier.
Module MyoWare : Contrôle Musculaire pour Arduino
Le module MyoWare permet de réaliser des projets contrôlés par la contraction musculaire, en utilisant un microcontrôleur type Arduino ou Raspberry Pi. Par exemple, il est possible de piloter un servomoteur en fonction de la flexion du bras. L'alimentation et les E/S sont accessibles sur des pastilles à souder au pas de 2,54 mm.
Prothèse de Main Myographique : Un Projet STI2D-SIN
Un projet STI2D-SIN (prothèse de main myographique) met en évidence l'importance du numérique dans sa réalisation.
Caractérisation des Signaux
Un VI (Virtual Instrument) a été développé avec LabView pour caractériser les signaux de commande destinés aux servomoteurs de la main. LabView permet de créer des applications pour l'acquisition et l'analyse des signaux, ainsi que pour le pilotage des systèmes.
Outils Numériques
La modélisation 3D (SolidWorks) et l’impression 3D ont permis de matérialiser les solutions imaginées. Les programmations en langages C (PSOC 5), Blockly (AppInventor) et G (LabView) ont offert aux élèves différents paradigmes de développement d’applications.
Muscle Pneumatique : Une Alternative
Un montage simple consiste à enfermer un ballon de baudruche dans une gaine tressée et à souffler dedans avec de l’air sous pression. En gonflant le ballon, le muscle pneumatique se rétrécit. Un raccourcissement maximum d'un tiers de la longueur a été obtenu, passant de 24 centimètres à 16 centimètres. Les robots parallèles, notamment humanoïdes, sont une application possible.
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