S'asseoir et avancer en toute sérénité avec un fauteuil roulant
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Le pilotage et la conduite de fauteuils roulants manuels sur les trottoirs demandent beaucoup d'efforts aux personnes en fauteuil roulant et sollicitent leurs articulations. Deux collaborateurs de l'ETH ont trouvé une solution aussi ingénieuse que simple, qu'ils continuent de développer jusqu'à sa commercialisation.
En bref
- Pour diriger un fauteuil roulant classique, on freine en permanence et on a besoin des deux mains. C'est inefficace, cela demande beaucoup d'énergie et sollicite les articulations.
- Deux collaborateurs scientifiques de l'ETH Zurich ont mis au point un fauteuil roulant qui peut être dirigé à l'aide du dossier.
- Les personnes en fauteuil roulant avancent ainsi plus efficacement et ont moins de problèmes de santé.
Quel est le point commun entre un fauteuil roulant et un chariot de supermarché ? Dans les deux cas, les petites roues avant sont libres de bouger afin que le véhicule soit le plus agile possible. Mais les roues qui tournent librement ont un revers de la médaille : Si, par exemple, un chemin est incliné sur le côté, il est difficile de rouler en ligne droite. Quiconque a déjà poussé un caddie plein le long d'un trottoir sait à quel point c'est pénible : le caddie s'éloigne latéralement et il faut constamment forcer pour le contrer.
C'est exactement ce qui arrive aux personnes qui se déplacent en fauteuil roulant manuel : Sur un trottoir, elles doivent constamment corriger leur direction pour pouvoir aller tout droit et ne pas finir dans la rue. Pendant qu'une main accélère le véhicule, l'autre main doit freiner et contre-braquer. C'est non seulement fatigant, mais cela sollicite aussi les articulations.
Le dossier comme gouvernail
Ce n'est pas une fatalité, ont pensé Reto Togni et Stefan Villiger, tous deux collaborateurs scientifiques au laboratoire de biomécanique du mouvement de l'ETH Zurich. Ils ont développé un fauteuil roulant avec un dossier mobile. Celui-ci est directement relié aux roues avant et commande ainsi l'ensemble du véhicule. Tout se passe de manière purement mécanique : si l'utilisateur ou l'utilisatrice s'incline vers la droite, le fauteuil roulant se déplace vers la droite, s'il s'incline vers la gauche, il se déplace vers la gauche. "Cela économise beaucoup d'énergie et rend les freinages sur les trottoirs et dans les virages inutiles", explique Reto Togni.
(Vidéo : ETH Zurich)
Plus vite avec moins d'énergie
Les tests effectués par Togni dans le parking souterrain du campus du Hönggerberg dans le cadre de sa thèse de doctorat à l'ETH Zurich montrent à quel point le pilotage par dossier nécessite moins de force. Pour ce faire, 29 personnes ont effectué six fois de suite un parcours : une ligne droite avec une inclinaison latérale de cinq degrés, des virages à 180 degrés et un slalom. Les personnes testées ont d'abord utilisé un fauteuil roulant classique, puis le prototype à dossier mobile. Sur les deux modèles, des capteurs placés dans les grandes roues motrices ont enregistré la force dont les personnes testées avaient besoin pour se diriger et se déplacer.
"Dès le premier essai, il était clair que la commande par le dossier demandait beaucoup moins de force aux personnes testées", souligne Reto Togni. Le codéveloppeur Villiger a lui-même conduit et confirme : "Dans la ligne droite inclinée, je n'ai même pas eu besoin de corriger avec la main avec le prototype. Et même dans les virages, j'avançais beaucoup plus facilement. Avec le fauteuil roulant traditionnel, j'étais toujours en train de freiner et de donner des coups de volant en même temps", comme le montrent les évaluations (voir graphique).
Nettement moins de dépenses d'énergie avec la commande par dossier (à droite) : Avec le fauteuil roulant normal (à gauche), il fallait freiner nettement plus (en rouge) et l'énergie d'entraînement était également plus élevée (en vert). (Graphique : Reto Togni)
Bien que les personnes testées aient dû dépenser moins d'énergie pour avancer avec les fauteuils roulants à dossier, elles se déplaçaient plus rapidement que les personnes testées en fauteuils roulants traditionnels. Cela a même étonné les chercheurs : "Normalement, plus on se déplace vite, plus on a besoin d'énergie", précise Reto Togni.
Soulager les articulations
La commande par le dossier réduit non seulement l'effort, mais ménage aussi les épaules, les bras et les mains des utilisateurs de fauteuils roulants, qui développent souvent des problèmes d'épaules au fil des ans.
Mais il y a, selon les deux chercheurs, d'autres avantages pour la santé : Les mouvements doux du tronc nécessaires pour se diriger devraient stimuler la circulation sanguine et pourraient aider à lutter contre les douleurs dorsales et les troubles digestifs. De plus, le transfert de poids soulage les fesses et pourrait aider à prévenir les escarres.
Un autre avantage est que l'on peut conduire d'une seule main et que la deuxième main est libre pour transporter des objets d'un endroit à l'autre - que ce soit un parapluie, un téléphone portable ou un café.
Ce nouveau type de commande a toutefois un inconvénient : tourner sur place et se déplacer dans un espace réduit n'est pas aussi facile qu'avec un fauteuil roulant traditionnel. C'est pourquoi le prototype est doté d'un levier sur le côté qui permet d'activer et de désactiver la commande par le dossier. Le fauteuil roulant peut ensuite être dirigé comme d'habitude via les grandes roues motrices.
Inspiré par le skateboard
L'idée de la direction du dossier est venue à Reto Togni en 2017, pendant ses études de master en ingénierie du design d'innovation. "J'ai parlé à quelques personnes handicapées de leurs moyens auxiliaires et j'ai entendu le souhait d'avoir des appareils analogues qui fonctionnent mieux", explique Reto Togni. Une femme aurait par exemple mentionné combien il serait agréable, en tant que personne en fauteuil roulant, de pouvoir se pencher en arrière et de profiter du trajet. Quelqu'un d'autre aurait raconté à quel point il était frustrant de se faire dépasser par un skateboarder. "La commande par transfert de poids devrait également être possible sur un fauteuil roulant", s'est dit Reto Togni et a commencé à bricoler.
"Il y a encore des moments où nous sommes presque emportés par la simplicité de notre idée - et par les nombreux avantages qu'elle offre".
Reto Togni, collaborateurs du laboratoire de biomécanique du mouvement
Il a construit son premier prototype en 2017 pendant ses études de master à Londres. Pendant le doctorat qu'il a ensuite obtenu au laboratoire de biomécanique du mouvement de l'ETH Zurich, Reto Togni a continué à développer sa technologie et a exposé dans des études de laboratoire comment sa direction se comportait d'un point de vue biomécanique et à qui elle était destinée.
Stefan Villiger a étudié le génie mécanique à l'ETH Zurich. Il a découvert le projet de fauteuil roulant lors d'une présentation interne. "J'ai été fasciné par la solution simple et pourtant très élégante", lance Stephan Villiger. Pour son travail de master, il s'est inscrit chez Reto Togni. Ensemble, ils ont depuis développé plusieurs prototypes.
Soutenu par une ETH Pioneer Fellowship les deux collaborateurs de l'ETH ont maintenant le temps d'optimiser leur technologie et de la mettre sur le marché. Pour ce faire, ils vont prochainement fonder la start-up Versive.
Pourquoi seulement maintenant ?
Jusqu'à présent, plus de 50 utilisateurs de fauteuils roulants ont testé le pilotage par le dossier, et beaucoup sont convaincus. "C'est la plus grande amélioration pour les utilisateurs de fauteuils roulants depuis l'invention de la roue, a déclaré l'une des personnes ayant participé au test", met en avant Reto Togni. La paraplégique Ursula Memmishofer, page externedans cette vidéo La jeune femme que l'on a pu voir il y a quelques années en tant qu'échantillon, se déplace depuis six mois avec un fauteuil roulant Versive - et ne veut plus s'en séparer.
"Qu'il s'agisse d'une voiture, d'un bateau ou d'un kart, presque tous les moyens de locomotion ont un volant, souligne Reto Togni. "Si l'on pense aussi au fauteuil roulant comme moyen de locomotion, il est logique que le fauteuil roulant en ait un aussi".
Reto Togni (à gauche) et Stefan Villiger dans leur petit atelier du bâtiment GLC de l'ETH Zurich. "C'est ici que nous assemblons, testons et usinons toutes les pièces" (photo : Reto Togni & Stefan Villiger / ETH Zurich).
Pourquoi personne avant eux n'avait eu l'idée d'utiliser le dossier pour se diriger ? "Nous nous le demandons aussi", répond Reto Togni. Le fait que les fauteuils roulants n'évoluent guère est sans doute dû au fait que le fauteuil roulant ne s'est pas assez détaché de sa fonction initiale, suppose Reto Togni. "Le fauteuil roulant sert depuis toujours au personnel des homes et des soins comme appareil de transport pour les personnes malades et handicapées et a été jusqu'à présent trop peu considéré du point de vue de l'utilisateur:trice".
Une idée simple, une mise en œuvre difficile
La technologie de guidage est très avancée et fonctionne - et le brevet est assuré. Le défi consiste maintenant à fabriquer et à distribuer des fauteuils roulants entiers.
Cela n'est pas tant dû aux composants, car il s'agit de "pièces simples et bon marché, dont on a aussi besoin pour les vélos par exemple". Le défi réside dans l'adaptation aux différents utilisateurs. "Si l'AI doit financer un fauteuil roulant, il faut s'assurer qu'il puisse être adapté de manière très individuelle à l'utilisateur ou à l'utilisatrice", ajoute Reto Togni : "Un fauteuil roulant de classe moyenne peut être assemblé de centaines de milliers de manières différentes. C'est pourquoi le catalogue de pièces détachées d'un fabricant de fauteuils roulants fait à lui seul plus de 100 pages d'épaisseur", ajoute Stephan Villiger : "Nous devons trouver comment rendre l'adaptation des fauteuils roulants aussi efficace que possible tout en étant extrêmement personnalisée".
Avant de pouvoir lancer leur produit sur le marché, ils doivent régler des questions fondamentales avec des assurances comme l'AI (Assurance Invalidité en Suisse) ou la Suva (l'un des piliers du système suisse d'assurances sociales)."Actuellement, nous ne pouvons fabriquer que des fauteuils roulants pour les personnes qui paient elles-mêmes", assure Reto Togni.
Les deux collaborateurs de l'ETH avaient également envisagé de proposer leur technologie de dossier comme accessoire pour d'autres fabricants. Mais c'est trop compliqué. "Pour introduire un nouvel accessoire, il faut un certificat de compatibilité distinct pour chaque fabricant de fauteuil roulant", explique Reto Togni.
"Vendre ça comme un jouet"
D'ici mi-2027, Togni et Villiger souhaitent que leurs fauteuils roulants soient sur le marché suisse et reconnus par les assurances.
Actuellement, ils sont en train de lever des fonds pour mettre leur technologie sur le marché. Dans une prochaine étape, ils souhaitent agrandir leur équipe. À plus long terme, la start-up cherche à accéder à des cliniques et à trouver une personne capable d'adapter les fauteuils roulants individuellement aux utilisateurs et qui connaisse les réglementations, les tests et les remboursements.
Ils ne se laissent pas décourager par le scepticisme qui s'est emparé d'eux dans la branche. Reto Togni : "Nous avons des chiffres qui prouvent que notre solution est plusieurs fois plus efficace. Et nous avons suffisamment de testeurs qui disent préférer la commande par le dossier".
Un participant leur a même conseillé : "Si l'AI ne paie pas, vendez-le simplement comme un jouet. Votre véhicule est définitivement amusant".