Technologies de prothèses bioniques et Homme augmenté

Le CYBATHLON 2020, où des athlètes handicapés font des tâches quotidiennes jusqu’alors impossible à réaliser grâce à des technologies de pointe, n’est pas qu’une simple compétition internationale. Les organisateurs de l’ETH Zurich (Centre national de compétence et de recherche en robotique de Zurich) ont créé cet événement pour qu’il devienne une plateforme pour le développement de technologies d’assistance bionique qui cherchent à offrir une meilleure vie aux personnes handicapées.

Cette année, cet événement a eu lieu à la mi-novembre et Kaspersky était un des partenaires de l’équipe russe.

Qu’est-ce que CYBATHLON ?

CYBATHLON se divise en six épreuves : dextérité avec prothèse de bras (Powered Arm Prosthesis), parcours d’obstacles avec prothèse de jambes (Powered Leg Prosthesis), course d’exosquelettes robotisés (Powered Exoskeleton), course en fauteuil roulant motorisé (Powered Wheelchair), course cycliste avec stimulation musculaire électrique (Functional Electrical Stimulation bike), et course virtuelle avec contrôle mental (Brain–Computer Interface).

Les participants ne cherchent pas seulement à obtenir la médaille d’or mais montrent de quoi ces derniers appareils d’assistance sont capables. Par exemple, grâce à une prothèse de bras bionique les porteurs peuvent visser une ampoule ou sentir ce qu’il y a dans une boîte. De plus, les fauteuils roulants les plus modernes permettent à ceux qui s’en servent de monter les escaliers. Cet événement encourage les développeurs à améliorer leurs produits puisqu’il s’agit non seulement d’une compétition pour les athlètes mais aussi d’une démonstration pour les équipes qui développent ces technologies.

Dans cet article, nous allons parler des technologies passées, présentes et futures.

D’une jambe en bronze à un membre bionique équipé d’une interface neuronale directe

L’utilisation des prothèses est ancienne. La première référence connue à un membre artificiel apparaît dans le Rig-Veda, une collection d’hymnes en sanskrit de l’Inde antique qui remonte au deuxième siècle av. J.-C., notamment parce que les dieux donnent à la légendaire guerrière Vishpala une jambe de fer après l’avoir perdue dans une bataille. Les prothèses archéologiques sont presque aussi anciennes. Par exemple, un orteil en bois d’environ 3 000 ans a été découvert en Égypte et une jambe en bronze de près de 2 300 ans a été trouvée dans la ville italienne de Capoue.

Suivant leurs origines lointaines, les membres artificiels n’ont pratiquement pas changé pendant des millénaires. Ensuite, au seizième siècle, des scientifiques ont créé la première prothèse mécanique, avec des points d’articulation que les porteurs pouvaient contrôler en utilisant un autre membre ou en contractant les muscles.

Après la Seconde Guerre mondiale, un autre type de prothèse a fait son apparition : bioélectrique (aussi appelée myoélectrique ou bionique). Les prothèses bioélectriques transforment l’activité des muscles du membre résiduel en signaux électriques, ce qui permet au dispositif d’entrer en mouvement.

De nos jours, au vingt-et-unième siècle, les scientifiques sont sur le point de faire une autre grande avancée avec le développement de prothèses bioniques équipées d’une interface neuronale directe. Celles-ci permettent aux porteurs de faire certains mouvements mais aussi de reconnaître des objets au toucher. Cette technologie est encore récente et a beaucoup de chemin à parcourir avant qu’elle n’arrive a recréer parfaitement le sens du toucher, mais c’est en bonne voie.

Prothèses actuelles

Les nouvelles technologies ne cherchent pas à remplacer les existantes mais à les compléter. Divers appareillages prothétiques sont déjà utilisés et certains existent à des fins purement esthétiques. Chaque genre a son propre champ d’application.

Les prothèses mécaniques sont plus économiques, plus faciles à maîtriser et plus durables que les bioniques. Elles sont aussi plus adaptées dans certaines situations, comme pour l’haltérophilie ou les activités nautiques ou lorsqu’il n’y a pas d’électricité. Quant aux prothèses bioniques et neuronales, elles sont plus agréables à porter et offrent un champ de mouvement plus large. Par exemple, les jambes bioniques permettent aux porteurs de garder l’équilibre, de monter et de descendre les escaliers, de marcher à reculons et même de courir.

Spécialisation en prothèses

Il existe d’ores et déjà des prothèses très spécialisées mais elles ne peuvent être utilisées que dans certaines conditions ou dans un but précis. Par exemple, des membres artificiels pour faire des activités nautiques, jouer au basketball, courir et pratiquer bien d’autres sports sont actuellement disponibles sur le marché.

L’existence d’imprimantes 3D a aussi contribué au développement des membres artificiels puisqu’elles permettent de les fabriquer à moindre coût et de les personnaliser plus que jamais. Dans certains cas, les gens peuvent télécharger un modèle en ligne puis l’affiner selon leurs besoins avant d’imprimer la prothèse.

Gadgets prothétiques

Une autre tendance moderne consiste à associer les membres cybernétiques avec des technologies numériques. Cette année, le fabricant russe Motorica a intégré une montre Galaxy Watch dans la prothèse d’un bras. Celle-ci permet à l’utilisateur de suivre son activité et de contrôler les paramètres du bras, comme la hauteur de la main ou la poigne des doigts.

Des fauteuils roulants tout-terrain

Depuis plus d’un siècle les fauteuils roulants aident beaucoup les personnes. D’ailleurs, le tout premier est apparu au sixième siècle après J.-C. Jusqu’à la moitié du dix-septième siècle, il s’agissait littéralement de chaises avec des roues et un domestique ou un assistant devait manœuvrer du fauteuil.

Le premier fauteuil roulant manuel est apparu en 1655 et le premier fauteuil pliable a été développé aux États-Unis au début du vingtième siècle.

À notre époque, et en ajout au modèle traditionnel, les fauteuils roulants sont équipés d’un moteur électrique, de chenilles pour monter et descendre les escaliers et même d’interfaces neuronales directes pour les personnes qui ne peuvent pas bouger leurs bras.

Électrostimulation et exosquelettes

Les scientifiques développent aussi des dispositifs qui permettent aux personnes paralysées de se tenir debout. D’ailleurs, dans l’Égypte ancienne, l’électrostimulation était utilisée comme outil thérapeutique. À cette époque, ils exploitaient l’énergie des raies électriques puis ils ont remplacé ces créatures marines génératrices d’énergie par des dispositifs électrostimulants. Lors de la course cycliste avec stimulation musculaire électrique mentionnée au début de cet article, le courant envoyé aux muscles des compétiteurs les oblige à se contracter et génère le coup de pédale.

Le premier prototype d’une autre technologie de réadaptation, l’exosquelette, est apparu en 1890. Le porteur doit tout de même faire un effort mais cette structure permet de marcher, de courir et de sauter beaucoup plus facilement qu’avec l’aide de gaz comprimé. Un exosquelette qui fonctionnait à la vapeur a été breveté en 1917 puis nous avons commencé à voir des modèles électriques, pneumatiques et hydrauliques dans la deuxième moitié du XXe siècle.

Les exosquelettes modernes sont beaucoup plus légers que leurs prédécesseurs, beaucoup plus faciles à utiliser et offrent davantage de possibilités de récupérer des mouvements indépendants. Quelques-uns peuvent être connectés au Cloud pour conserver et traiter les données relatives au traitement de réhabilitation et certains des derniers modèles peuvent être manipulés par des impulsions cérébrales.

Interfaces neuronales

Les technologies futuristes qui se cachent derrière les dispositifs contrôlés par la pensée sont connues sous le nom d’interface neuronale directe (ou interface cerveau-machine). Ces systèmes sont apparus pour la première fois dans les années 70 et font de grandes avancées.

Les capteurs sont implantés directement dans le cortex cérébral ou peuvent être placés à l’intérieur du crâne ou connectés en externe. Au début, la qualité du signal est meilleure avec la première méthode mais elle peut se dégrader si le corps rejette l’implant. De nos jours, la plupart de ces interfaces ne sont pas invasives et ne requièrent aucune intervention chirurgicale.

L’électroencéphalographie est la technologie la plus souvent utilisée pour lire l’activité neuronale. Pourtant, il existe d’autres méthodes qui « lisent les pensées ». Par exemple, dans les années 80, les chercheurs ont fait quelques tests et se servaient du mouvement des yeux pour contrôler un robot. Puis, en 2016, les scientifiques ont révélé une interface neuronale directe capable de lire la taille de la pupille.

Le champ d’application des interfaces neuronales est très vaste. Avant cela, les scientifiques utilisaient par exemple des implants neuronaux pour corriger la perte de vue. Comme nous l’avons mentionné auparavant, les fauteuils roulants et les exosquelettes les plus modernes utilisent des interfaces neuronales pour contrôler l’appareillage. Quant aux compétiteurs du CYBATHLON 2020 qui ont participé à la course virtuelle avec contrôle mental, il s’agit plus ou moins d’un jeu vidéo où le pouvoir des pensées fait bouger les avatars du jeu.

À l’horizon

Les technologies d’assistance avancent à grands pas et personne ne peut dire quel miracle nous attend ; on ne peut qu’émettre des hypothèses. Les personnes à la pointe ont certainement quelques idées.

Par exemple, les employés de l’entreprise spécialiste en interface neuronale Neurobotics constatent que les développements actuels cherchent avant tout à aider les gens handicapés à réaliser des tâches quotidiennes. Cela est notamment possible grâce à des fauteuils roulants et des maisons connectées contrôlés depuis une interface neuronale.

En revanche, la technologie a encore beaucoup de chemin à faire avant d’être commercialement viable. Comme Neurobotics l’a dit, la « lecture des pensées » est loin d’être aussi précise que lorsque l’on donne un ordre depuis un clavier, une souris ou un joystick. L’entreprise indique qu’il faudra encore atteindre au moins 100 ou 200 ans avant que le grand public ne puisse utiliser une interface neuronale et qu’elle soit aussi efficace que les interfaces les plus courantes.

Comme l’on pouvait s’y attendre, Elon Musk, qui travaille sur propre projet d’implant d’interface neuronale (Neuralink), envisage une période beaucoup plus courte pour son lancement sur le marché. Cela étant dit, on ne sait pas quand est-ce que cela pourrait avoir lieu ni si le dispositif aura du succès. L’implantation est une étape importante et tout le monde n’a pas forcément envie de s’y soumettre.

Musk n’est pas le seul visionnaire audacieux. Si vous voulez plus de prédictions dignes de la science-fiction, consultez notre projet Earth 2050 puisqu’il permet aux utilisateurs de partager leurs idées, qu’il s’agisse d’organes sensoriels fondamentalement nouveaux ou d’une « boutique de corps » qui vous permet de vous renouveler entièrement.

Penser au futur

Quoique l’avenir nous réserve, il ne faut oublier que nous sommes maîtres de notre destin et que nous créons notre futur, ici et maintenant. D’ailleurs, ici, à Kaspersky, nous soutenons pleinement les développeurs de technologies d’assistance et toute autre initiative qui cherchent à faire de ce monde un endroit meilleur pour tous. Ces personnes, tous comme celles qui ont organisé le CYBATHLON, cherchent à construire un avenir meilleur pour tout le monde.