Plein phare sur le traitement des données biologiques

« Etre sur les nerfs » : tout le monde connaît le sens de cette expression. Pour certains chercheurs du domaine médical, celle-ci doit être pris à la lettre. Aujourd’hui, le fonctionnement complexe des diverses cellules nerveuses ou de tout un groupe de cellules est du ressort de la recherche fondamentale, qui est basée sur la pratique. Les données reçues ici contribuent à améliorer l’utilisation des interfaces de commande pour les prothèses ou permettent de réduire les effets des maladies nerveuses comme la maladie de Parkinson, en développant de nouvelles thérapies. Ici, des moteurs miniatures modernes sont la clé du succès. Ils permettent de réaliser des mouvements précis, reproductibles dans un espace minimal ; une condition importante dans le monde microscopique des cellules nerveuses.

La science moderne approfondit les connaissances pratiques. Les scientifiques émettent des hypothèses et déclenche des séries de mesure qui vérifient la véracité de ladite thèse ou démontrent qu’il faut trouver d’autres bases de réflexion. Dans le domaine particulièrement complexe du traitement biologique des données, la mesure pratique effectuée sur l’objet vivant, le « nerf », impose de grandes exigences aux dispositifs de mesure. La société Thomas Recordions Gmbh fabrique un instrument essentiel pour la recherche spécialisée du système nerveux. Ses manipulateurs multicanaux, équipés de plusieurs microélectrodes, permettent d’effectuer simultanément plusieurs mesures sur différents points du système nerveux. Une construction compacte est évidemment essentielle pour la maniabilité des appareils utilisés dans ce domaine. C’est pourquoi l’expert de la mesure compte sur le spécialiste des systèmes d’entraînements miniatures FAULHABER. Des entraînements motorisés miniatures adaptés à l’application permettent d’effectuer des mouvements complexes et précis, dans un espace très restreint.

C’est « nerveux »

De nombreuses maladies, handicaps ou séquelles d’accidents sont dû à des blessures ou des maladies des cellules nerveuses. C’est pourquoi la cécité, les douleurs fantôme suites à une amputation, la commande de prothèses ou la maladie de Parkinson sont aujourd’hui des domaines de recherche médicale intensive. Nous recensons dès maintenant les premiers résultats avec les implants visuels pour les personnes aveugles ou les implants auditifs destinés aux personnes sourdes. Mais avant d’arriver à des résultats concrets, le chercheur doit recourir à des instruments mécaniques pour effectuer des mesures in-situ. Les cellules nerveuses, ou même les fibres nerveuses ou les groupes de cellules sont très petits par nature, les outils utilisés doivent donc être filiformes : des électrodes de la taille d’un cheveu, fabriquées à partir des dérivés du platine/tungstène de 80 μm de diamètre doivent être positionnées à l’endroit exact et de manière reproductible sur les tissus. Pour différentes électrodes de dérivation, il y avait déjà des dispositifs spéciaux. Mais, le spécialiste de Giessen a mis au point de nouveaux petits manipulateurs multicanaux compacts pour les mesures simultanées. Les électrodes des appareils à trois ou à cinq canaux sont positionnées indépendamment l’une de l’autre. Ces appareils qui ne pèsent que 250 g ou 300 g permettent d’avoir des distances de positionnement situées entre 1 μm et 15.000 μm. La vitesse de déplacement est de 1 à200 μm/s. Le manipulateur XYZ peut couvrir des distances reproductibles de Z = 0 à Z=30 mm, X = ± 10 mm et Y= ± 10 mm. Le mouvement de la fibre d’électrode nécessaire est pris en charge par un système breveté de tube qui comporte un entraînement. C’est le seul moyen d’avoir des résultats exacts, reproductibles et donc vérifiables. Le tube fabriqué à base de caoutchouc et de silicone à un effet amortissant et doit être maintenu en permanence sous une précontrainte définie. Sur les appareils à trois et à cinq canaux, ceci est pris en charge par des moteurs sans balais de 6 mm de diamètre avec un réducteur planétaire adapté. Un plus grand modèle composé de maximum 32 fibres de mesure utilise des systèmes d entraînements miniatures de 10 mm de diamètre. Etant donné que chaque fibre est commandée séparément, il faut recourir à un entraînement miniature par canal. En raison du nombre de canaux, seuls les « moteurs miniatures musclés.

Petit, fiable, précis

Les petites dimensions du boîtier nécessitent le recours à des composants miniatures. A ceci s’ajoutent des exigences particulières au niveau de la fiabilité; les séries de mesure sont chères ou souvent difficiles à répéter. C’est pourquoi, un entraînement ne doit en aucun cas faillir pendant les opérations. La troisième exigence est le besoin de précision et de dynamique. La tension des fils en silicone doit être maintenue à un niveau relativement constant et pouvoir être adaptée rapidement. FAULHABER met à disposition des composants spéciaux, adaptés l’un à l’autre pour l’entraînement. Qu’il s’agisse de mouvements rapides dynamiques ou de mouvements précis pilotables, les moteurs courant continu à commutation électronique (moteurs sans balais) sont les systèmes d’entraînements idéaux. Un rotor équipé de roulements à billes et d’un aimant permanent est en rotation dans un stator constitué de trois bobines. Etant donné que seuls les roulements à billes sont soumis à l’usure, ces moteurs sont prédestinés à des milliers d’heures de service, sans faille. Grâce à la commutation électronique et la faible inertie du rotor, il est possible de réagir rapidement aux ordres de la commande. Etant donné que les petits moteurs ne peuvent produire que des couples faibles, ils doivent générer la puissance nécessaire à partir de la vitesse de rotation. La haute vitesse de rotation ne convient pas à de nombreuses applications. Le fabricant propose donc des réducteurs planétaires adaptés aux différentes séries de moteurs. Les réducteurs caractérisés par un diamètre identique à celui des moteurs sont tout simplement montés sur l’arbre de transmission du moteur. De nombreux rapports de démultiplication échelonnés permettent de sélectionner la plage de vitesse optimale ou d’augmenter le couple. Pour les systèmes de manipulation, le rapport de démultiplication 625  1 a été choisi. Cette sélection possible du rapport de démultiplication, présente également un avantage déterminant dans certaines applications nécessitant le positionnement exact de l’arbre. La résolution déjà élevée des moteurs sans balais est encore nettement augmentée par le réducteur, suivant le rapport de démultiplication et la version utilisée (standard ou exempte de jeu). Les systèmes d‘entraînements miniatures modernes sont une source d’énergie fiable et précise pour pratiquement toutes les applications. Si le spécialiste des entraînements miniatures est contacté dès le début du développement technique d’un système, il est généralement possible de concevoir des solutions adaptées et économiques. Ceci permet d’obtenir un rapport qualité/prix optimal – sans faire de concessions. Aujourd’hui, les entraînements motorisés miniatures sont utilisés dans l’espace, en astronomie ou en pleine mer, dans l’automatisation comme dans le domaine médical et la recherche, que ce soit sous forme de moteur standard ou d’entraînement modifié, adapté aux besoins du client.