L’avenir des cœurs artificiels : plus léger, plus petit, déformable

L'avenir des cœurs artificiels : plus léger, plus petit, déformable

L’implantation d’un cœur artificiel total offre une solution pour les patients souffrant d’insuffisance cardiaque sévère. Cependant, les cœurs artificiels existants présentent des limitations majeures, ce qui signifie qu’il est nécessaire de trouver une meilleure alternative.

Grâce à sa recherche doctorale, Luuk van Laake* de l’Université de Technologie d’Eindhoven a contribué au développement d’un futur cœur artificiel basé sur la robotique douce. Son innovation est l’utilisation d’une valve douce qui provoque la contraction et la relaxation périodique des muscles artificiels, pompant le sang à travers le corps sans l’utilisation d’électronique.

La robotique douce : une nouvelle approche

La robotique douce est un domaine de recherche relativement nouveau mais dynamique et multidisciplinaire qui explore les avantages des matériaux et structures souples et flexibles. Une grande partie de la recherche en robotique douce est basée sur le biomimétisme, ou la création de solutions innovantes inspirées par la nature.

« La douceur et la flexibilité sont omniprésentes dans la nature et jouent un rôle essentiel dans une variété de fonctions vitales », précise Luuk Van Laake. « Pensez, par exemple, à la queue d’un poisson, qui fonctionne plus efficacement parce qu’elle est flexible, ou à un poulpe, qui peut ramper à travers un très petit trou parce qu’il peut comprimer son corps, ou à la trompe d’un éléphant, qui peut saisir toutes sortes d’objets. »

L’intelligence incarnée et l’autonomie

Les chercheurs en robotique douce étudient ces avantages des structures souples – tels que la résilience, l’efficacité ou la polyvalence – et explorent comment les principes sous-jacents peuvent être appliqués dans nos dispositifs.

Par exemple, beaucoup de travail a été fait sur les préhenseurs souples qui s’adaptent automatiquement à la forme de ce qu’ils saisissent, tout comme une main humaine ou une trompe d’éléphant.

« Avec un préhenseur souple, vous pouvez saisir toutes sortes de choses sans avoir à concevoir un nouveau préhenseur à chaque fois », commente-t-il. « Mais le contrôle est également plus facile. Vous dites simplement “saisir”, au lieu de devoir contrôler le mouvement en détail. »

Un préhenseur souple doté d’une intelligence incarnée. Credit TUE

Le cœur artificiel idéal

Sa thèse fait partie du projet «Hybrid Heart» financé par l’UE, dans lequel un consortium de partenaires travaille à développer un cœur artificiel, également appelé “cœur artificiel total” (TAH), basé sur la technologie de la robotique douce.

Le consortium a réuni trois choses : l’ingénierie tissulaire in situ (introduction d’une substance dans le corps qui est dégradée et remplacée par les propres cellules du corps), la robotique douce pour la structure mécanique et le contrôle, et une technologie pour envoyer sans fil l’énergie dans le corps – un peu comme un chargeur de téléphone sans fil – ce qui permet à la peau du patient de rester intacte.

« Si vous parvenez à réunir ces trois choses, vous pouvez créer le cœur artificiel idéal », déclare le candidat au doctorat, qui a lui-même apporté une contribution dans le domaine du contrôle.

Malgré des développements passionnants dans le domaine de la robotique molle, les systèmes entièrement autonomes restent inaccessibles. Les circuits fluidiques pourraient permettre un contrôle entièrement intégré des robots mous sans utiliser d’électronique. Dans ce travail, nous présentons une vanne souple simple et compacte avec une hystérésis intentionnelle, analogue à un oscillateur de relaxation électronique. En intégrant la valve à un actionneur souple, nous transformons un flux continu en une activation cyclique. Nous montrons que nos circuits peuvent activer jusqu’à cinq actionneurs dans différentes séquences et que nous pouvons physiquement reprogrammer l’ordre d’activation en faisant varier les conditions (initiales) dans le circuit fluidique. En outre, nous démontrons la faisabilité de notre approche dans des conditions plus réalistes en construisant un robot à quatre pattes. Notre travail ouvre la voie à des robots mous entièrement autonomes qui peuvent interagir avec leur environnement pour reprogrammer leur comportement, par exemple pour déclencher la libération ciblée de médicaments à l’intérieur de notre corps, ou pour changer de démarche afin de franchir des obstacles. Crédit TUE

Une alternative douce

L’application de la robotique douce entraîne une circulation plus naturelle du sang. Combinée à l’ingénierie tissulaire in situ, cela élimine le besoin de médicaments. De plus, un cœur doux s’adapte plus facilement à n’importe quel corps car il est plus léger, plus petit et déformable.

« Un avantage supplémentaire est que vous pouvez également effectuer des compressions thoraciques sur un cœur doux, alors que pour les cœurs artificiels actuels, un premier intervenant ne peut vraiment rien faire si quelque chose se passe mal », ajoute-t-il.

En synthèse

Les expériences ont montré que le mécanisme fonctionne et que le cœur artificiel peut pomper le sang de cette manière, sans l’utilisation d’électronique. Cependant, avant qu’il puisse être implanté chez les premiers patients, plusieurs problèmes doivent encore être résolus, comme la conception d’une pompe qui peut être implantée en toute sécurité.

Par conséquent, le projet prometteur a maintenant reçu une subvention de suivi et un nouveau consortium, composé de partenaires actuels et nouveaux, développera davantage le cœur artificiel doux.

Luuk Van Laake n’est pas encore sûr de faire partie du nouveau consortium, mais il restera impliqué dans le projet de toute façon, car il lui tient à cœur (sans jeu de mots).

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la robotique douce ?

La robotique douce est un domaine de recherche qui explore les avantages des matériaux et structures souples et flexibles. Elle s’inspire souvent de la nature pour créer des solutions innovantes.

Qu’est-ce qu’un cœur artificiel total ?

Un cœur artificiel total est un dispositif qui remplace le cœur naturel chez les patients souffrant d’insuffisance cardiaque sévère. Il est conçu pour pomper le sang à travers le corps de la même manière qu’un cœur naturel.

Quelle est l’innovation apportée par Luuk van Laake ?

Luuk van Laake a développé une valve douce qui provoque la contraction et la relaxation périodique des muscles artificiels, permettant au cœur artificiel de pomper le sang sans l’utilisation d’électronique.

Quels sont les avantages d’un cœur artificiel basé sur la robotique douce ?

Un cœur artificiel basé sur la robotique douce peut offrir une circulation plus naturelle du sang, éliminer le besoin de médicaments grâce à l’ingénierie tissulaire in situ, et s’adapter plus facilement à n’importe quel corps car il est plus léger, plus petit et déformable.

Quels sont les défis restants avant l’implantation de ce cœur artificiel chez les patients

Avant que le cœur artificiel puisse être implanté chez les patients, plusieurs problèmes doivent encore être résolus, comme la conception d’une pompe qui peut être implantée en toute sécurité.

* Van Laake a défendu sa thèse au Département de génie mécanique le 5 octobre – Luuk van Laake – photo: Bart van Overbeeke

[ Rédaction ]

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