PSYONIC propulse la conception des prothèses dans le XXIe siècle.

Une entreprise spécialisée dans l'ingénierie robotique tire parti du programme SOLIDWORKS pour les startups afin de développer une main bionique durable et résistante aux chocs, conçue pour un usage quotidien.

Défi

Transformez un prototype de main bionique en un produit commercialement viable, capable de résister à des contraintes mécaniques répétées en conditions réelles, de reproduire des mouvements naturels et d'offrir une architecture modulaire permettant aux utilisateurs de bénéficier facilement d'un service de maintenance et de réparation.

Solution

Dans le cadre du programme SOLIDWORKS pour start-ups, l'équipe a utilisé SOLIDWORKS et SOLIDWORKS Simulation pour réaliser une modélisation 3D itérative, simuler les mouvements des articulations, effectuer des rendus et créer des prototypes numériques. Cela a permis d'optimiser la durabilité, de valider la cinématique et d'évaluer la fabricabilité avant la production physique.

Résultats

  • Des structures de doigts conçues pour résister à environ 350 000 cycles de flexion
  • La conception modulaire des doigts permet un remplacement en cabinet en seulement 10 minutes environ
  • Des articulations mécaniques optimisées pour une cinématique optimale et une amplitude de mouvement maximale
  • Des milliers d'itérations de conception ont été réalisées pour améliorer la durabilité et les performances

Le Dr Aadeel Akhtar,  fondateur et PDG de PSYONIC, avait sept ans et était en visite au Pakistan avec ses parents lorsqu'il a rencontré pour la première fois une personne amputée. Elle avait son âge, mais n'avait pas accès aux mêmes soins de santé que lui.

« C'est la première fois que je rencontrais quelqu'un présentant une différence au niveau des membres. Elle avait mon âge, vivait dans la pauvreté, avait perdu sa jambe droite et utilisait une branche d'arbre cassée comme béquille. » Cette expérience est restée gravée dans l'esprit d'Akhtar. Cela l'a incité à se lancer dans le domaine médical et, finalement, à fonder PSYONIC à San Diego, en Californie, en 2015. La mission : contribuer au développement de technologies bioniques de pointe accessibles à tous.

PSYONIC

Les prothèses existent depuis des milliers d'années. Certaines prothèses utilisées aujourd'hui ont en réalité été conçues à l'époque de la guerre de Sécession. L'un des principaux défis de la conception de prothèses est de trouver le juste équilibre entre fonctionnalité, durabilité et accessibilité. Les prototypes de recherche démontrent souvent le potentiel d'une technologie, mais transformer ces prototypes en produits fiables et industrialisables représente un tout autre défi. Le fabricant de prothèses innovantes et axées sur la recherche a dû faire face à cette transition précise.

Le produit phare de PSYONIC, la prothèse Ability Hand, devait dépasser le stade du concept de laboratoire. Il devait résister aux chocs, aux mouvements répétitifs et aux aléas de la vie quotidienne, tout en conservant une précision de mouvement et une facilité d'entretien optimales.

Premier prototype de main prothétique de PSYONIC

Une ingénierie axée sur la durabilité et le mouvement

Le premier prototype de main prothétique développé par PSYONIC était fonctionnel, mais loin d'être prêt pour la production. « Il faut imaginer que, à l'époque, le prototype de la prothèse Ability Hand était trois fois plus grand qu'une main humaine normale », souligne Akhtar. Il explique également que ce premier prototype était encombrant et difficile à manipuler, avec des fils partant dans toutes les directions. Il était connecté à des maquettes (c'est-à-dire une plateforme de prototypage réutilisable et sans soudure), à des alimentations externes et à une prise murale.

Prototype de la prothèse Ability Hand

Pour passer de ce premier prototype à un produit commercial, il a fallu procéder à un perfectionnement mécanique rigoureux. L'équipe a dû garantir la durabilité structurelle du dispositif en cas d'utilisation répétée. « Nous devions nous assurer que les os de nos doigts pourraient résister à 350 000 cycles de flexion et d'extension », explique Akhtar. 

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Désormais, chaque composant que nous concevons pour la main, ainsi que tous les éléments périphériques, sont entièrement créés dans SOLIDWORKS. Nous avons effectué des milliers d'itérations.

Dr Aadeel Akhtar

PDG

Ability Hand

La résistance aux chocs était tout aussi cruciale. Selon Aadeel Akhtar, « Les doigts sont souples, donc je peux prendre la prothèse Ability Hand et la frapper avec force. Elle résiste à l'impact. » Il ajoute : « Je l'ai lâchée du toit de ma maison, d'une hauteur de neuf mètres. Je l'ai piétinée. Je l'ai mise dans un sèche-linge pendant 10 minutes et elle a survécu ! »

Les exigences techniques étaient claires : La prothèse Ability Hand devait résister à la fois aux contraintes internes répétitives et à des forces externes imprévisibles.

PSYONIC a conçu chaque composant de la prothèse Ability Hand

Concevoir chaque composant dans SOLIDWORKS

Pour répondre à ces contraintes, PSYONIC a conçu chaque composant de la prothèse Ability Hand, ainsi que ses éléments périphériques, dans SOLIDWORKS®. Aadeel Akhtar déclare : « Désormais, chaque composant que nous concevons pour la main, ainsi que tous les éléments périphériques, sont entièrement créés dans SOLIDWORKS. Nous avons effectué des milliers d'itérations. » Ces itérations ont notamment consisté à tester de nombreux concepts mécaniques. L'équipe a généré des centaines de concepts de conception et produit de nombreux prototypes en 3D, dont beaucoup n'ont pas passé les premiers tests.

Les mouvements mécaniques ont été évalués à l'aide des outils de SOLIDWORKS Simulation. Aadeel Akhtar précise : « Nous effectuons de nombreuses simulations des articulations mécaniques. Nous voulons nous assurer que la cinématique est correcte et que l'amplitude de mouvement est optimisée afin d'offrir le plus de fonctionnalités possibles à nos utilisateurs. »

L'accès précoce à des outils de conception professionnels a joué un rôle déterminant dans le lancement de PSYONIC. Aadeel Akhtar souligne que le programme SOLIDWORKS pour les start-ups a été essentiel pour permettre à l'équipe de démarrer en tant que start-up autofinancée.

Produit opérationnel de PSYONIC

Du prototype au produit opérationnel

La conception technique axée sur la durabilité ne constitue qu'une partie du processus de commercialisation. La facilité d'utilisation en cabinet est également un facteur essentiel. Selon Dale Demasi, responsable marketing créatif chez PSYONIC, « si un doigt [de la prothèse Ability Hand] venait à être endommagé, il pourrait être remplacé en 10 minutes en retirant simplement trois vis. »

La conception modulaire de la prothèse Ability Hand réduit les temps d'immobilisation et simplifie la maintenance sans nécessiter le remplacement complet de l'appareil. M. Demasi explique plus en détail cet avantage pratique : « Vous n'avez pas besoin d'attendre des semaines ou des mois pour faire réparer votre main. Vous pouvez la faire réparer en cabinet pendant que vous attendez. » 

Le robot Adam sur le terrain
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