Robots médicaux imprimés

Prototype du robot médical fabriqué par l'imprimante 3D. (Source : Photothèque ICube / A. Morlot) / Prototype du robot médical généré par l'imprimante 3D. (© Photothèque ICube / A. Morlot)

Pistons imprimés en 3D du mécanisme d'entraînement hydraulique. (Source : Marius Siegfarth) / Pistons imprimés en 3D pour le mécanisme d'entraînement hydraulique. (© Fraunhofer IPA / Marius Siegfarth )

Pour la thérapie tumorale du futur, cinq équipes de chercheurs internationales développent un robot. Bien que composé de dizaines de composants, articulations et actionneurs avec des propriétés matérielles différentes, il peut être fabriqué en une seule étape à l'aide d'une imprimante 3D.

Un simple clic suffit, le reste est géré automatiquement par l'imprimante 3D. De manière similaire à une imprimante à jet d'encre, une liquide est pulvérisée sur une surface. Au lieu de différentes couleurs, l'imprimante PolyJet utilise du plastique : les buses peuvent appliquer précisément, en un seul point ou en mélange, deux solutions polymères différentes. La lumière UV durcit ces plastiques avant que la couche suivante ne soit déposée. Ainsi, un robot médical se construit couche par couche. Une fois le développement terminé, le robot doit aider les médecins lors de la prélèvement de biopsies et du traitement thermique des tumeurs.

»La position d'une aiguille ou d'une sonde lors d'une intervention minimalement invasive est une tâche particulièrement difficile, car le médecin doit s'orienter principalement à l'aide d'images de tomographie par ordinateur ou d'IRM – ce qui signifie qu'il doit travailler pendant que le patient se trouve dans un tube étroit. Il n'y a que peu de liberté de mouvement«, explique Marius Siegfarth du groupe de projet pour l'automatisation en médecine et biotechnologie (PAMB) du Fraunhofer IPA à la Faculté de médecine de Mannheim de l'Université de Heidelberg.

Le robot, développé par son équipe avec quatre autres groupes de recherche d'Allemagne, de France et de Suisse dans le cadre du projet SPIRITS, est si petit et léger qu'il peut être inséré dans le tube avec le patient. Il est contrôlable via une hydraulique externe – le médecin peut donc être assis à quelques mètres de distance, voire dans une autre pièce, où il est protégé contre les radiations lors d'une prise de tomographie. L'acronyme SPIRITS signifie alors Robots interactifs imprimés intelligents pour la thérapie interventionnelle et la chirurgie.

»Le défi du projet était de développer un design qui peut être fabriqué en une seule étape avec une imprimante PolyJet, tout en étant composé de composants entièrement fonctionnels – par exemple, des articulations avec actionneurs hydrauliques et un mécanisme d'avance pour l'aiguille. Tous ces composants ont des propriétés matérielles différentes«, explique Siegfarth.

À l'Institut national des sciences appliquées de Strasbourg, INSA, où le projet SPIRITS est coordonné, l'imprimante 3D fabrique déjà les premiers prototypes. Ceux-ci disposent de leviers reliés par des articulations. Ils permettent de faire pivoter une aiguille autour du point d'entrée dans toutes les directions spatiales. La propulsion est assurée par un système hydraulique, une innovation des chercheurs du PAMB : de minuscules tubes de seulement 4 millimètres de diamètre, des joints et des pistons. La particularité : les pistons ont été conçus par la technique d'impression 3D de manière à ce que la pression hydraulique agisse sur le joint et en renforce l'effet.

Les premiers tests montrent que l'actionneur hydraulique imprimé en 3D fonctionne. Dans les prochains mois, d'autres composants seront intégrés au prototype : par exemple, l'aiguille intelligente avec capteur de force, une innovation de l'École polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL. Le mécanisme d'avance de l'aiguille a été élaboré par des chercheurs de l'Université de Furtwangen. S'ajoute la « rétroaction haptique ». Elle transforme les résultats du capteur de force en résistances que ressent le médecin lorsqu'il guide l'aiguille à travers des tissus plus ou moins durs. Cette rétroaction a été développée par des chercheurs de la Haute école de Furtwangen. Et à la Haute école spécialisée du Nord-Ouest de la Suisse FHNW, des composants métalliques non magnétiques imprimables en 3D sont en cours de fabrication pour la prochaine génération de prototypes.

Le premier robot médical entièrement imprimé en 3D devrait être testé sur des mannequins dès 2019.

Avec un budget total de 1,67 million d'euros, SPIRITS est cofinancé par le programme INTERREG V Rhin supérieur avec 436 201 € du Fonds européen de développement régional (FEDER). Dans le cadre de l'initiative « Offensive Sciences », qui finance des projets de recherche de pointe transfrontaliers, le projet bénéficie également du soutien de partenaires régionaux et cantonaux. Ainsi, le projet est cofinancé par la grande région Est, le Land de Bade-Wurtemberg, le Land de Rhénanie-Palatinat, la Confédération suisse, le canton d'Argovie, le canton de Bâle-Ville et le canton de Bâle-Campagne.