Exosquelettes médicaux: naissance d’une industrie

Photo Matthieu Masselin & Alexandra Rehbinder / Directeur général adjoint & responsable du développement, Wandecraft / April 23rd, 2014

Développés à l'origine dans un cadre militaire, les exosquelettes sont en train de passer dans le monde civil, avec des applications pour le grand âge ou le handicap. Leur développement requiert des technologies sophistiquées, mais aussi une vision fine des usages. Sur ce marché émergent, proche de la frontière technologique, ce sont des start-ups qui font la course en tête.

ParisTech Review – Commençons par le commencement : qu’est-ce qu’un exosquelette ?

Alexandra Rehbinder – C’est un dispositif médical d’aide à la mobilité, qui se présente sous la forme d’une structure externe permettant de reproduire les mouvements de la marche. Les exosquelettes développés aujourd’hui sont destinés aux personnes souffrant d’un déficit de mobilité. Wandercraft pour sa part développe un exosquelette à destination des paraplégiques et de certaines formes de myopathie. Mais, par extension et dans un second temps, ce dispositif peut concerner une population beaucoup plus nombreuse : les modèles du futur permettront, d’une façon confortable et discrète, de compenser la perte de mobilité chez les personnes âgées.

Matthieu Masselin –  Les exosquelettes appartiennent au domaine de la robotique de service, qui est en plein essor. Le concept d’« exosquelette » existe depuis les années 1970, mais il n’a été développé que vingt ans plus tard, dans un cadre militaire comme souvent dans les technologies de pointe. Il s’agissait alors d’amplifier le mouvement, pour donner aux soldats des capacités supplémentaires. Les modèles développés pesaient plusieurs dizaines de kilos. On en est déjà à la deuxième génération, avec des progrès spectaculaires : le XOS 2 de l’américain Raytheon, l’une des références du secteur, ne pèse qu’une dizaine de kilos et consomme deux fois moins d’énergie que le XOS 1. Il sert notamment au transport de lourdes charges, avec des performances triplées par rapport à un soldat non équipé.

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Le XOS-2

Mais les exosquelettes à usage médical que l’on développe aujourd’hui appartiennent à un monde bien différent. En passant dans le domaine civil, les fonctionnalités se déplacent : il ne s’agit plus d’amplifier de manière spectaculaire des performances déjà excellentes, mais d’offrir à des personnes privées de mobilité le moyen de retrouver une vie normale, ou en tout cas plus proche de la normale. Il y a de vrais enjeux : la station debout, le mouvement, ce sont des dimensions essentielles pour mener une vie sociale. Ce n’est donc plus la performance qui est en ligne de mire, mais la mobilité, l’autonomie, et avec elles une certaine dignité.

Qu’est-ce qui a permis, sur le plan technologique, ce passage du militaire au civil ?

Matthieu Masselin –  Il y a tout d’abord la baisse des coûts et la miniaturisation de l’électronique. Mais aussi l’informatique avec le développement des systèmes embarqués, qui est une vraie rupture technologique. Il y a enfin la puissance de calcul phénoménale dont dispose aujourd’hui le moindre processeur. C’est cette puissance de calcul qui permet notamment de générer de la trajectoire en ligne.

Au total, beaucoup de composants et de fonctionnalités sont aujourd’hui disponibles à un prix abordable. Comme nos concurrents, nous utilisons des briques : pour les batteries et les moteurs, des secteurs où les technologies sont matures, cela n’aurait aucun sens de chercher à développer des choses qui existent déjà. Dans d’autres cas, en ce qui concerne la mécanique par exemple, nous utilisons des technologies existantes (logiciels de CAO, de modélisation) pour concevoir notre propre architecture. Enfin, nous sommes intégralement propriétaires des algorithmes de contrôle et de l’architecture : c’est là, très précisément, que réside notre valeur ajoutée.

Alexandra Rehbinder – Il faudrait ajouter les matériaux composites, à la fois légers et solides. Et il y a aussi les progrès remarquables faits dans la modélisation du corps humain et les problèmes de biocompatibilité. Nous travaillons d’ailleurs, dans l’incubateur d’Arts et métiers ParisTech, à quelques dizaines de mètres du laboratoire de biomécanique dirigé par Wafa Skalli, une référence mondiale sur ces questions (NDLR : voir son interview parue en 2012 sur ParisTech Review).

Les exosquelettes se situent au carrefour de plusieurs mondes : des savoirs de pointe dans le domaine de la médecine, la mécanique, l’électronique, mais aussi des maths et du calcul. Notre travail prend en compte et utilise ces différents savoirs. De façon plus générale, il ne s’agit pas simplement de développer un produit, mais bien de penser en termes de service médical rendu, ce qui renvoie à l’ergonomie, au confort, aux enjeux pour les utilisateurs, à la sécurité et à la valeur médicale de l’instrument – un instrument qui doit aider les patients, mais qui trouve aussi sa qualité et sa légitimité en évitant de créer de nouvelles pathologies !

Une fois le produit achevé, il reste la certification et les essais cliniques. Cela représente un cycle d’environ un an, certes plus rapide que pour les médicaments, mais qui doit être intégré dans notre plan de développement et plus prosaïquement dans notre plan de financement. Ce n’est d’ailleurs pas seulement une contrainte : les normes européennes en matière de santé sont très élevées, mais le marquage CE permet ensuite d’accéder à l’ensemble du marché européen ainsi qu’aux nombreux pays non européens qui font confiance à ces normes.

Les projets d’exosquelette mobilisent des compétences scientifiques, mais aussi un savoir-faire industriel et plus largement une expérience qu’on ne rencontre généralement que dans des grands groupes. Or les trois fondateurs de Wandercraft n’ont pas 30 ans et l’équipe ne compte que dix personnes. Le pari est-il tenable ?

Matthieu Masselin –
Notre projet est ambitieux, et il l’est d’autant plus que les trois fondateurs ont lancé leur entreprise à la sortie de l’Ecole Polytechnique, avec très peu d’expérience. Mais justement, ils avaient envie de faire quelque chose qui sorte de l’ordinaire, et en un sens il est plus facile de se lancer à 25 ans qu’en milieu de carrière.

Par ailleurs, les compétences de base pour mener à bien ce projet correspondent au profil des trois fondateurs : l’un est spécialisé en mécanique, l’autre en mécatronique et le troisième en contrôle commande. Des pôles se sont constitués autour de chacun d’eux, et d’autres compétences sont venues ensuite. Alexandra, par exemple, vient d’une école de commerce, avec un savoir-faire pour décrypter le fonctionnement particulier des marchés qui nous intéressent : il n’est pas inutile par exemple de comprendre les demandes de remboursement dans tel ou tel marché européen, de façon à pouvoir cibler les pays les plus intéressants.

Enfin nous sommes très bien entourés, et cela peut faire la différence sur le plan industriel. Nous bénéficions de l’accompagnement d’entrepreneurs expérimentés, qui nous assurent des contacts avec des investisseurs mais aussi un regard « professionnel » sur les process, le prototypage, l’identification des sous-traitants et les relations avec eux. Il y a aussi un partenariat avec Mines ParisTech, et nous travaillons en lien étroit avec des associations de patients. Wandercraft n’est pas une structure isolée, elle s’inscrit dans un écosystème.

Alexandra Rehbinder – La viabilité de l’entreprise, à ce stade, est également rendue possible par un cadre fiscal et un environnement financier favorables à de petites structures innovantes. Nous bénéficions de mécanismes fiscaux comme le statut de jeune entreprise innovante ou le Crédit Impot Recherche qui, articulés au soutien d’investisseurs privés et publics, nous permettent de travailler cette année et l’an prochain sans faire de chiffre d’affaires. La confiance est essentielle dans ce type d’activité. Les investisseurs privés jouent d’ailleurs un rôle essentiel : ils attestent de la solidité et de la fiabilité du projet, ce qui encourage l’engagement d’investisseurs publics tels que celui de la Banque publique d’investissement, puis de la Région.

Matthieu Masselin – Les investisseurs ne se paient pas de mots et ils attendent des résultats. Nous avons déjà produit un prototype, restent des étapes de développement qui seront menées en parallèle avec la certification, avant la mise sur le marché et l’industrialisation. Pour vous donner une idée nous espérons 20 exemplaires pour la première année de commercialisation qui est prévue pour mi-2016, puis près de 100 en 2017. Notre capacité à monter en charge sera donc testée très vite et nous travaillons déjà à identifier les sous-traitants les plus fiables. Au demeurant, nous ne serons pas une « entreprise sans usine » : une partie de la fabrication sera faite en interne.

Certains des sous-traitants sont déjà certifiés pour le matériel médical, ce qui est un atout. Mais d’autres ne le sont pas. Nous travaillons en étroite collaboration avec eux car la question du design de produit est essentielle pour le service après-vente. Il faut que tout soit accessible facilement, mais pas par tout le monde ! La question de la fiabilité sera évidemment essentielle, notamment quand nos produits sortiront d’un cadre hospitalier pour devenir des objets du quotidien. On pourrait ainsi imaginer du monitoring à distance, même si nous ne développerons pas immédiatement cette option.

Au total, il s’agit bien d’une démarche industrielle. Nous devons d’ailleurs gérer le risque de contrefaçon, même s’il est limité par le nombre de composants, le savoir-faire très spécialisé, et surtout le soft, qui est très difficile à récupérer.

Quels sont vos concurrents et à quoi ressemblent leurs produits ?

Alexandra Rehbinder – Les acteurs de la Défense ne se sont pas engagés dans cette activité, et se partagent un marché très différent, avec des clients comme le Pentagone. Les exosquelettes à usage médical forment un marché à peine émergent et nos concurrents sont eux aussi de petites structures.

On peut citer le japonais Cyberdyne, fondé par le Dr. Yoshiyuki Sankai, de l’université de Tsukuba. Ils ont développé un concept original, avec des patchs destinés à capter les influx nerveux. Mais ce n’est pas adapté à tous les patients : les paraplégiques, en particulier, n’ont justement pas d’influx nerveux.

Argo, en Israël, a vendu quelques exemplaires d’un exosquelette de rééducation associé à des béquilles et destiné à des centres de soins.

Rex Bionics, en Nouvelle-Zélande, a développé un modèle destiné aux paraplégiques et vendu à des particuliers – pour le moment, à de riches particuliers, car les prix vont de 100 000 à 150 000 dollars. La marche est un peu robotique mais les bras sont libres. Il s’agit d’un dispositif assez massif, de près de 40 kg, qui permet de faire 3 mètres par minute.

Et Wandercraft ?

Matthieu Masselin – Wandercraft se situerait, dans ce paysage, entre Rex et Argo : l’usage des bras est sauvegardé, le dispositif est léger et il est plutôt discret. Le contrôle de notre exosquelette est conçu sur le principe de centrales inertielles : le dispositif agrège et fusionne des données (collectées par des MEMS, des microsystèmes électro-mécaniques) pour comprendre la position du haut du corps et y articuler un mouvement.

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Nous essayons de développer un produit léger, confortable et discret – quelque chose auquel, idéalement, on ne pense pas plus qu’à un organe. Les questions de design et d’ergonomie sont donc essentielles et elles sont intégrées très en amont du travail de conception. C’est un enjeu marketing, bien sûr – ne pas faire peur au patient, lui donner l’envie d’apprivoiser l’instrument – mais aussi un enjeu social : éviter toute stigmatisation. L’exosquelette n’est pas un instrument anodin. L’exosquelette permettra de marcher à vitesse normale (3,5 km/h) durant 3 heures en continu, ce qui correspond en moyenne à une journée de marche.

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Nous avons reçu récemment un message d’une personne ayant essayé un exosquelette, qui évoquait une « victoire psychologique ». Tout l’enjeu est là, et un produit bien conçu doit pouvoir favoriser cette victoire. C’est pourquoi nous réfléchissons énormément aux scénarios d’usage : comment enfiler ou enlever un exosquelette, comment s’asseoir sur une chaise, etc. C’est un outil issu de la robotique, mais il ne doit pas transformer les gens en robots. D’une certaine façon, l’horizon du produit, c’est d’être un habit : quelque chose qu’on oublie en le portant, mais qui nous aide à nous sentir bien en société.

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