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La bionique c'est quoi ?
Au-delà des films et des séries de S-F, et de nos considérations sur l'être humain, il est une science qui concrétise peu à peu l'idée de pouvoir remplacer des organes et peut-être plus sur notre corps !
La bionique est la science qui recherche, chez les plantes et les animaux, des modèles en vue de réalisations techniques. Elle se base sur l'étude des systèmes biologiques (biomécanique en particulier) pour développer (par biomimétisme éventuellement) des systèmes non biologiques susceptibles d'avoir des applications technologiques.
Vous vous souvenez de Super Jaimie ou de l'homme qui valait trois milliards ?
La fiction rejoint peu à peu la réalité....
En 1960, lors du premier congrès qui se tint à Dayton, dans l'Ohio, aux États-Unis, le nom de "Bionique" fut proposé par le major Jack E. Steele de l'U.S. Air Force pour nommer la science des systèmes qui ont un fonctionnement copié sur celui des systèmes naturels, ou qui présentent les caractéristiques spécifiques des systèmes naturels, ou encore qui leur sont analogues.
La bionique étudie la vie avec l'objectif de comprendre les mécanismes de fonctionnement des organismes vivants et évolutifs afin de pouvoir les appliquer aux créations humaines.
Elle s'intéresse à toutes les capacités des cellules, organismes ou de certaines commutés ou symbioses permettant l'autonomie et l'adaptation évolutive, ou la capacité à trouver et utiliser des sources d'énergie. Une démarche bionique typique étudie un système naturel, interprète le principe puis le transpose dans une réalisation de type industriel. C'est en observant les fructifications de la bardane qui s'accrochaient à ses vêtements que Georges de Mestral eut l'idée de fabriquer le Velcro. Mais Léonard de Vinci faisait déjà de la bionique lorsqu'il s'inspirait du vol des chauve-souris Pipistrellus pipistrellus pour ses projets de machines volantes.
Les fonctions et mécanismes permettant le mouvement et la mobilité , autrement dit la locomotion, sont notamment étudiés; chez les animaux (animaux sociaux notamment, pour leurs capacités collaboratives) ; Les mécanismes de propulsion des poissons, grâce à leurs nageoires et leur queue, ont été observés puis utilisés pour l'amélioration des godilles. Le mode de propulsion aquatique par réaction, chez le Nautilius pompilius, la seiche, le calmar, la méduse, la coquille Saint-Jacques ou la larve de libellule est équivalent à celui de la soucoupe plongeante du commandant Jacques-Yves Cousteau qui utilise deux tuyères opposées orientables, assurant à la fois la propulsion par réaction et l'orientation de la soucoupe.
Chez les plantes aussi car elles sont en effet capables de mouvements lents (le lierre qui escalade un arbre), moyennement rapides (ex : Drosera enserrant un insecte) ou très rapide (ex : expulsion brutale de graines). Les plantes sont aussi capables de très efficacement animer des flux internes (ex : circulation de la sève jusqu'à des dizaines de mètre de hauteur ou distance par capillarité, ou circulation de fluide cellulaire au moyen de cils vibratiles chez les characées ) sans système musculaire ni nerveux comparable à celui des animaux).
Chez les bactéries (certaines espèces font preuve de capacité organisationnelle).
Chez d'autres organismes ; Par exemple les myxomycètes capables de produire des colonies mobiles où les individus ont des comportements coordonnés et forment un super-organisme.
La bionique est devenue incontournable en différents domaines :
l'intelligence artificielle
la robotique (des robots nageurs à queue de poisson et des robots « insectes »)
les revêtements autonettoyants basés sur les études sur les feuilles de lotus
les revêtements hydro- ou aérodynamiques inspirés par la peau de requin
l'aéronautique aussi, dès ses débuts s'est inspirée de la nature : notamment avec le profil canard
la conception de nouveaux casques de protection bioniques adaptés à la structure interne de la tête humaine
La bionique est également applicable au remplacement de membre ou d'organe du corps humain par un appareil actif électriquement avec un fonctionnement efficace.
Voici quelques exemples de développement et d'applications qui rejoignent la réalité de nos jours :
Des ingénieurs de l’Université du Michigan, Kuo et Steve Collins, ont mis au point une prothèse de pied bionique qui coupe l’effort de 30 % par rapport aux prothèses classiques.
Son principe repose sur le recyclage de l’énergie entre deux pas afin d’en augmenter sa puissance. Il s’agit de la première prothèse capable de capter l’énergie non utilisée pour la redistribuer au pied lors de la poussée, et ce au moment exact où il en a besoin, grâce à un microcontrôleur.
Ce genre de pied artificiel est très prometteur et il pourrait s’avérer utile pour les personnes amputées de guerre ou lors de catastrophes naturelles, comme par exemple les nombreuses victimes du séisme de Haïti.
Pour l'instant, seules les graves invalidités ont fait l'objet d'interventions directes sur le cerveau. L'une des plus spectaculaires est l'ouvre du neurochirurgien Roy Bakay et du neurologue Philip Kennedy de l'université Emory d'Atlanta (Géorgie). En octobre 1998, ils ont publié les résultats d'une implantation de deux électrodes de verre dans le cortex moteur du cerveau de deux patients tétraplégiques. En pensant à bouger un bras ou une jambe, ces derniers ont pu commander le déplacement d'un curseur sur un écran d'ordinateur et retrouver ainsi un mode de communication avec l'extérieur.
En 2000, l'équipe du docteur William H. Dobelle a expliqué comment un implant constitué de 62 électrodes posées sur le cortex visuel d'un homme de
62 ans aveugle depuis l'âge de 36 ans lui a permis de retrouver un début de vision. Il a pu distinguer des caractères d'imprimerie de 15 centimètres de
haut à une distance de 1,5 mètre. De tels résultats engendrent des expériences plus contestées.
Dans ce domaine, Kevin Warwick, professeur de cybernétique à l'université de Reading, près de Londres, arrive largement en tête. En 1998, il a défrayé la
chronique en s'implantant dans l'avant-bras une capsule de verre de 23 mm de long et 3 mm de diamètre contenant un circuit électronique émettant des
signaux et lui servant de télécommande pour ouvrir une porte ou allumer la lumière... Fin 2000, ce prétendant au titre de premier homme bionique est
revenu à la charge en présentant son projet de greffe d'un implant destiné à communiquer avec un ordinateur et, même, avec un autre être humain.
La femme de Kevin Warwick serait volontaire pour cette première expérience d'échange de signaux électroniques entre deux êtres humains via un
ordinateur. En effet, l'expérience ne négligera pas les éventuelles applications sexuelles.
Kevin Warwick, né le 9 février 1954 à Coventry en Angleterre, est un scientifique britannique et professeur de cybernétique à l'Université de Reading, au Royaume-Uni. Il est probablement le plus connu pour ses études sur les interfaces directes entre les systèmes informatiques et le système nerveux humain, mais il a fait beaucoup de recherche dans le domaine de la robotique. Il s'est greffé des électrodes dans son bras qui sont directement reliées à son système nerveux, il y a relié un ordinateur. Il a pu ainsi commander un ordinateur, ou encore une chaise roulante. Après avoir enregistré l'activité nerveuse de son bras sur un ordinateur lorsqu'il le mettait en mouvement, il a réussi à faire commander son bras par un ordinateur. Il a fait la promesse de créer une puce permettant à deux êtres humains de parler par télépathie pour 2015.
Après Jesse Sullivan en 2005, Claudia Mitchell (ici lors d'une conférence de presse à Washington, le 14 septembre 2006) est la première femme équipée d'un bras bionique.
On riait de Jules Vernes à son époque !
La première "femme bionique". C'est ainsi qu'est présentée Claudia Mitchell, une Américaine âgée de 26 ans. Cette ex-marine ne pensait pas pouvoir retrouver une vie normale après l'amputation de son bras gauche, en 2004, à la suite d'un accident de moto. Cette perspective n'est plus aussi éloignée, grâce à une prothèse commandée par la pensée, développée au Rehabilitation Institute de Chicago (RIC).
D'un coût estimé de 70 000 dollars, son bras bionique, pesant 5 kg et doté de six moteurs, offre une grande variété de mouvements. Mais, surtout, ce prototype est capable de capter des impulsions électro-musculaires qui traduisent l'intention de mouvement du patient. Puis de transcrire ces contractions en commandes mécaniques. En bref, de transformer la pensée en mouvements.
Le procédé, mis au point par l'équipe du docteur Todd Kuiken, consiste à greffer les terminaisons nerveuses du bras sectionné sur la zone pectorale, où elles croissent pour se fondre dans le tissu musculaire. En installant des électrodes à la surface de la peau, il est ensuite possible de capter les contractions produites par les nerfs qui transmettent la commande motrice. Toute la difficulté est ensuite d'interpréter ces signaux. Cette phase nécessite un apprentissage, bien moins fastidieux qu'avec les prothèses myoélectriques classiques, qui s'appuient sur des contractions volontaires de muscles auxquels le membre artificiel est relié.
"Je peux plier mon bras, l'étendre, ouvrir et fermer ma main simplement en pensant à ces mouvements", explique Claudia Mitchell. Aucun rapport avec sa première prothèse, qu'elle avait cessé de porter tant son fonctionnement était frustrant. Elle peut désormais transporter un plateau, ouvrir des récipients, peler des fruits, autant de gestes qui lui paraissaient interdits avec sa seule main valide.
Cette main bionique hautement fonctionnelle, inventée par David Gow et fabriquée par Touch Bionics, est déjà sur le marché.
La technologie a déjà été testée sur un certain nombre de personnes, dont des soldats américains qui ont perdu leurs membres dans la guerre actuelle en Irak. La main bionique possède des doigts qui se plient comme s’ils étaient une extension naturelle de votre propre corps, permettant de saisir toutes sortes d’objets facilement sans broyer les choses plus souples telles que les gobelets en polystyrène expansé.
Un autre membre artificiel innovant est un ensemble pied + cheville. Cette innovation va permettre aux amputés d'un pied de marcher en utilisant moins d'énergie et avec une posture plus naturelle.
Un biophysicien du MIT qui est aussi un double amputé, ne travaillant cependant pas sur ce projet, l'a testé et a été impressionné :
C'est un peu comme si j'étais attaché à des jambes robotiques et qu'elles me portaient. Je peux marcher vraiment vite et sans effort. Ma démarche est normalisée.
Cette prothèse est destiné à ceux qui ont perdu un membre inférieur mais en dessous du genou.
Les prothèses conventionnelles utilisent un ressort passif qui absorbe l'énergie quand le pied touche le sol et cela restitue l'énergie pour propulser le corps vers l'avant. Cela signifie par contre que l'handicapé doit dépenser 30 % d'énergie en plus par rapport à un personne normale. La nouvelle prothèse permet de réduire de 20 % ces efforts supplémentaires.
Il faut savoir que d'un point de vue énergétique, la cheville humaine permet de délivrer une très grande puissance : avoir la même en artificiel signifierait d'énormes moteur et batterie.
Cette ensemble artificiel « cheville + pied » est en réalité motorisée (et a un ressort) : l'énergie est stockée lors de l'impact et restituée : le fonctionnement se rapproche de celui de l' ensemble « pied + cheville » humaine : lors de l'impact, de l'énergie est stockée dans les tendons et un effort supplémentaire est exercé par les muscles.
Cette prothèse est aussi équipée de capteurs et de processeurs pour contrôler les positions du pied, la raideur et quelle énergie doit être délivrée par le moteur ; par exemple, en cas de montée d'une pente, il faut plus de puissance et en cas de descente, il faut une force de freinage.
La batterie permet de marcher plusieurs kilomètres.
Les chercheurs vont maintenant essayer d'étendre le concept à des prothèses pour au-dessus du genou.
Noel Fitzpatrick , vétérinaire, est un pionnier du développement bionique dans le cadre de la chirurgie réparatrice pour les animaux.
Son premier patient à avoir bénéficié de cette innovation est un chat, prénommé Oscar.
Oscar, un beau chat noir, a perdu l'usage de ses deux pattes postérieures, suite à un accident fin 2009 avec une moissonneuse-batteuse. Amputé des deux pattes, ce chat était voué à une mort certaine.
En juin 2010, Noël Fitzpatrick et son équipe ont réalisé un véritable exploit. En effet, ils ont réussi à insérer des implants métalliques dans les articulations des chevilles.
Oscar est devenu le premier animal à bénéficier de greffes des articulations.
Tout d'abord, le chat a eu des prothèses rondes. Par la suite, le vétérinaire les a remplacées par des prothèses de forme effilée afin qu'il puisse marcher normalement.
La peau s'est reformée par-dessus. Il n'y a eu aucun rejet de la greffe, ni aucune infection.
Ce vétérinaire a réalisé d'autres opérations sur des chiens. Il a ainsi pu greffer notamment une hanche artificielle.
Et l'on ne s'arrête pas là !
Rendre une partie de la vue aux aveugles : c’est le défi que s’est lancé l’Institut de bionique en Australie. Désormais, les malvoyants et les aveugles pourraient discerner des éclats de lumière.
Dianne, par exemple, souffre d’une dégénérescence de la rétine. Mais grâce à l’équipement de l’institut, elle est en passe de retrouver une partie de la vue. C’est pour elle un exploit : « C’était vraiment étonnant quand ça s’est allumé, j’attendais, j’attendais, j’avais ces lunettes et je ne savais pas à quoi m’attendre, et si quelqu’un savait ce que j’allais voir. Et soudain, oui, j’ai pu voir un petit flash. Je me souviens quand la première image est venue, j’étais... vraiment contente ! Parce que je ne m’y attendais pas du tout et c’était très surprenant ! »
En mai dernier, Dianne a subi une opération pour implanter une micro-puce dans ses yeux. Grâce à 24 électrodes, cette puce peut alors stimuler sa rétine. Grâce à un tableau électronique implanté juste derrière sa rétine et à un connecteur implanté derrière son oreille.
Même si ce progrès n’assure pas aux aveugles de retrouver une vision parfaite, ils pourront voir suffisamment pour se diriger et discerner les lumières.
La science avance à grand pas et gageons que le plus grand nombre pourra profiter de toutes ces avancées technologique !
Sources :
http://www.bfmtv.com
http://www.imaginascience.com
http://www.ensta-paristech.fr
http://fr.wikipedia.org
http://fr.ubergizmo.com
http://www.robotshop.com
http://www.dinosoria.com
http://terresacree.org
