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Est-ce l’avenir des Jambes Robotiques ?

À 5 heures, un matin de juin 2007, le caporal de la Marine américaine William Gadsby a aidé à diriger une équipe de fantassins dans les terres agricoles entourant Karma, un centre agricole de la province instable d’Anbar en Irak. Le Karma est plat à crêpes, avec des lignes de visibilité sur des kilomètres, et après quelques heures de patrouille, Gadsby s’est inquiété. On est là depuis trop longtemps, pensait-il. Ils nous traquent probablement.

Vers 10 heures, il entendit un bang assourdissant. Un nuage de fumée l’enveloppa. Il a essayé de courir et il n’a eu nulle part: une bombe déclenchée à distance avait transformé sa jambe droite en une masse de gore et de gristle. Tout ce qu’il ressentait, c’était de l’adrénaline. Les oreilles sonnaient, il roula et s’éloigna du lieu de l’explosion jusqu’à ce qu’il atteigne le bord de la route. Alors qu’il gisait dans la terre, un homme de corps lui appliquant un garrot à la jambe droite, la balle d’un tireur d’élite lui a pulvérisé le genou gauche.

Plus de balles zippées. Gadsby hurla des ordres, alors même que des litres de sang coulaient de son corps. Une fois que les insurgés se sont enfuis dans les terres agricoles, ses hommes ont signalé un camion qui passait et l’ont chargé à l’arrière. Sa respiration était en lambeaux et sèche, et il vacillait dans et hors de la conscience. À l’hôpital de campagne, un prêtre lui a lu ses derniers rites. Ses yeux se fermèrent.

Il s’est réveillé un jour et demi plus tard dans l’aile médicale d’une base en Allemagne. Miraculeusement, un chirurgien traumatologue avait préservé sa jambe gauche – mais la droite avait été sciée au-dessus du genou.

Des mois de douleur ont suivi: la physiothérapie sans fin, la pose d’une prothèse, le défi d’apprendre à marcher à nouveau. Gadsby, 29 ans, a affronté tout cela de front. Après avoir été transféré dans une base du sud de la Californie, il s’est mis à passer ses après-midi à grimper et descendre la plage, car marcher dans le sable demandait de réels efforts, et il pensait que cela accélérerait son rétablissement.

Le cerveau derrière une prothèse bionique étonnante est prêt à améliorer les capacités de chacun

Ce n’était pas le cas. Une partie du problème était sa prothèse. C’était un pied en fibre de carbone — haut de gamme, lui avaient assuré ses médecins — et même s’il avait un peu de souplesse, l’appareil semblait toujours trop rigide. Chaque pas lui envoyait une onde de choc dans le dos. Il avait toujours mal.

 » Je me suis dit que je vis à une époque où la technologie ne fait que croître — chaque année, il y a une percée révolutionnaire « , m’a récemment confié Gadsby, aujourd’hui mari et père et travailleur social en formation.  » Cela m’a donné de l’espoir. Quelque chose à faire. »

Au printemps 2010, il a appris qu’un nouveau type de prothèse était en cours de développement par Hugh Herr, responsable du groupe biomechatronics au Media Lab du MIT. Herr lui-même était un double amputé : En 1982, alors qu’il n’avait que 17 ans, il avait perdu ses deux jambes à cause d’engelures subies lors d’une expédition d’alpinisme. Alors qu’il terminait une maîtrise en génie mécanique au MIT, un doctorat en biophysique à Harvard et des travaux postdoctoraux en biomécatronique au MIT, Herr avait développé une gamme de plus en plus sophistiquée de genoux, de pieds et de chevilles artificiels. Sa dernière invention était un système cheville-pied entièrement informatisé appelé BiOM, qui imitait un pied en chair et en os, propulsant l’utilisateur vers l’avant à chaque pas. Elle ne ressemblait à aucune autre prothèse sur le marché.

« Pour moi, ce type, le Dr Herr, était une inspiration », dit Gadsby. « Contrairement au reste d’entre nous, il n’était pas assis, se disant: « Bon sang, j’aimerais qu’ils puissent trouver un meilleur gadget. »Il a obtenu ces diplômes pour pouvoir se réparer — et réparer tout le monde. »

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Herr’s BiOM (in an X-ray view), a fully computerized ankle-foot system, bore no resemblance to any other prothesis. (David Arky)
Dans moins de 20 ans, dit-il, « il sera courant de sortir et de voir quelqu’un porter un robot, ce qui signifie un bionique de certains gentil. »(David Arky)
Blessé en Irak, William Gadsby est devenu un patient de test BiOM précoce pour les amputés au-dessus du genou. (Bunting de Logan)

Lorsque Herr est retourné sur les rochers (en Arizona en 1986) avec des prothèses qu’il a conçues, son escalade s’est réellement améliorée. (Photos de Beth Wald / Aurora)

Avec des capteurs et des moteurs sophistiqués, la BiOM imite la démarche humaine plus étroitement que les autres prothèses. (Jimmy DeVarie, BiOM)
« C’était réel », dit William Gadsby de sa BiOM. Les racines et les rochers étaient des obstacles dangereux, mais « maintenant je peux faire de la randonnée. »(Maquette de Logan)
Avec des capteurs et des moteurs sophistiqués, la BiOM imite la démarche humaine de plus près que les autres prothèses ne le peuvent. (BiOM)

Au cours des quatre dernières années, les 30 membres du groupe de bioméchatronique du Media Lab ont travaillé dans un laboratoire situé au deuxième étage d’un complexe de verre brillant sur Amherst Street à Cambridge, non loin de la rivière Charles. L’espace est haut de plafond et lumineux, et dominé par un tapis roulant, utilisé pour tester des prothèses et des dispositifs exosquelettiques. Au milieu des entretoises en fibre de verre élégantes et des pièces de machine polies, un objet se distingue: un appendice en caoutchouc de couleur chair connu sous le nom de pied Jaipur. Sa présence dans le laboratoire est talismanique, commémorative. Jusqu’à relativement récemment, le pied de Jaipur, inventé en 1971 par un chirurgien indien, représentait le summum de la science prothétique: une masse inanimée qui prenait la forme d’un pied sans reproduire sa fonction.

 » Bois, caoutchouc, plastique « , a récité Hugh Herr lorsque je lui ai rendu visite à Cambridge plus tôt cette année.  » Au moment de mon accident, c’était la réalité. Il y avait des systèmes pied-cheville, mais il n’y avait pas d’intelligence informatique. Et beaucoup de capacités technologiques clés n’étaient pas en place, comme les petits microprocesseurs peu coûteux, puissants et petits. Beaucoup de capacités de détection n’étaient pas disponibles. Il en va de même pour les alimentations et les moteurs. »

En personne, Herr, 51 ans, a un air de raffineur — plus artiste parisien que scientifique américain acharné. Il porte ses cheveux épais balayés en arrière et privilégie les blazers foncés et les écharpes colorées. (Dans un shooting pour une édition italienne du magazine Wired, il a posé dans une combinaison sur mesure en lin fin; une explosion de la couverture est bien en évidence dans le laboratoire du MIT.) Mais l’impression est trompeuse. Herr a avoué être « stoïque à une faute », et face à des questions qu’il considère comme triviales ou sans intérêt, il a l’habitude de devenir monosyllabique. « Je n’exprime tout simplement pas ce qu’il y a à l’intérieur », a déclaré Herr.  » Mes élèves ont tendance à avoir peur de moi, et j’aimerais qu’ils ne le soient pas. »

En partie, le stoïcisme peut être une réponse à la vie sous les projecteurs. Avant même de perdre ses jambes, Herr était une sensation dans le monde de l’escalade – un beau gosse d’une ferme mennonite de Pennsylvanie dressant des itinéraires sauvages et poilus que même les vétérans endurcis avaient du mal à reproduire. Son accident, le résultat d’une ascension hivernale bâclée du mont Washington dans le New Hampshire, l’a ralenti pendant quelques mois, mais bientôt il a de nouveau escaladé, utilisant des prothèses qu’il a conçues dans son propre atelier. Et quelque chose d’étrange se passait: Son escalade s’améliorait. Il avait des pieds en caoutchouc flexibles qui l’aidaient à éliminer les fissures délicates et des crampons spécialisés pour escalader les parois de glace. Encore une fois, les médias sont venus appeler — magazines, journaux, télévision.

En même temps, il a continuellement rencontré des preuves d’un préjugé contre des gens comme lui. « Mon père m’a raconté cette histoire sur la façon dont, peu de temps après l’amputation de mes membres, une personne est venue le voir à l’hôpital et lui a dit: « Oh, je suis tellement désolé. Il n’était pas marié, n’est-ce pas? » J’étais devenu instantanément sous-humain ! » Herr s’émerveilla.  » C’était fascinant. Nous sommes tous tellement programmés pour penser qu’un corps inhabituel est un corps faible. »

Il était déterminé à changer cela. Un lycéen moyen, il consommait maintenant des manuels de mathématiques par le crateload. Au début des années 20, il s’inscrit à l’Université de Millersville, une petite école située à quelques kilomètres de la ferme familiale à Lancaster, en Pennsylvanie. Alors qu’il était étudiant, il a obtenu son premier brevet, pour une chaussette prothétique qui utilisait un système de vessies gonflables et de microprocesseurs pour aider le porteur à marcher mieux et plus confortablement. L’appareil – avec une moyenne de points de qualité sterling — a attiré l’attention du personnel des admissions du MIT, et au début des années 1990, Herr a déménagé à Cambridge pour travailler sur sa maîtrise. Il invente sans cesse, bricolant, construisant, améliorant toujours. Les brevets se sont accumulés: pour les articulations artificielles, les chevilles alimentées par ordinateur, les actionneurs d’articulations biomimétiques.

L’industrie des prothèses avait semblé piégée dans un autre siècle, et Herr voulait la transporter dans l’ère numérique. « Il y a eu une longue période où il y avait beaucoup d’avancées technologiques dans d’autres secteurs, mais pas dans notre domaine », m’a dit Elliot Weintrob, un prothésiste de Virginie qui vend des appareils BiOM. « Oui, vous avez eu l’émergence de la fibre de carbone, mais les améliorations ont été progressives: fibre de carbone plus légère, fibre de carbone plus forte. OK, quel est le prochain niveau? Le niveau suivant était le pouvoir. Parce que peu importe la quantité de ressort que vous avez dans cette fibre de carbone, jusqu’à ce que vous commenciez à essayer de remplacer l’action du muscle, vous êtes intrinsèquement limité. C’était le génie de Hugh Herr — il l’a compris. »

En 2007, Herr a fondé une société de bionique appelée iWalk (le nom a ensuite été changé en BiOM), et a entrepris de donner vie à la technologie de pointe qui l’avait toujours fasciné. La recherche et le développement dans le domaine des prothèses n’avaient pas été particulièrement bien financés ni attrayants pour les ingénieurs et les scientifiques, mais les choses changeaient rapidement. « Avec la guerre contre le terrorisme, les conflits en Irak et en Afghanistan, et tous ces blessés de retour, le Congrès avait débloqué des millions d’argent pour la recherche », a rappelé M. Herr. « Un autre facteur était que les disciplines clés pertinentes pour la bionique avaient mûri, de la robotique à l’ingénierie tissulaire. Et ils mûrissaient à un niveau où nous pouvions réellement construire des bioniques comme l’envisageaient les écrivains hollywoodiens et de science-fiction. »

Herr s’est concentré sur la cheville, une partie incroyablement complexe de l’anatomie humaine, et traditionnellement mal desservie par la technologie des prothèses. À la fin de 2009, des tests étaient en cours sur le PowerFoot BiOM, le premier système de jambe inférieure à utiliser la robotique pour remplacer la fonction musculaire et tendineuse. En utilisant des microprocesseurs embarqués et une batterie au lithium ionique à trois cellules, l’appareil a en fait propulsé l’utilisateur vers l’avant à chaque pas, à la manière d’un muscle organique. Pour la propulsion, le BiOM s’appuyait sur un ressort en fibre de carbone construit sur mesure – chaque fois que l’utilisateur descendait sur l’appareil, le ressort était chargé d’énergie potentielle. Sur la montée, cette énergie a été complétée par un petit moteur alimenté par batterie.

Mais Herr et son équipe savaient que toutes les étapes ne sont pas égales: Remonter une pente raide nécessite une démarche très différente — et des parties du corps très différentes — de marcher sur un court de tennis. Ils ont donc développé un algorithme propriétaire qui mesurait l’angle et la vitesse de la frappe initiale du talon du BiOM, et contrôlait, via les microprocesseurs, la vitesse et l’angle de descente à l’étape suivante.

Le BiOM pesait environ cinq livres — plus ou moins le poids d’une cheville et d’un pied humains – et était monté sur le membre résiduel de l’utilisateur avec une simple douille en fibre de carbone. Les tests ont indiqué que l’appareil renvoyait environ 200% de l’énergie descendante du corps. Une prothèse en fibre de carbone de haut vol n’a rapporté que 90%.

Des dizaines de millions de dollars en capital-risque ont afflué. Idem pour les courriels et les lettres de personnes amputées désespérément désireuses de servir de cobayes BiOM. Ce barrage n’a pas cessé. « C’est accablant », m’a dit Herr en secouant la tête. « C’est émotionnellement éprouvant et déchirant. »