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Plus de 4,25 millions de personnes en Europe et environ 10 millions aux États-Unis sont atteintes de tremblement essentiel TE ; une affection neurologique évolutive dont le signe le plus reconnaissable est le tremblement des bras. Atténuer les tremblements de façon mécanique Les solutions utilisées actuellement pour lutter contre le TE, comme les médicaments et les interventions chirurgicales, sont coûteuses et s'accompagnent d'effets secondaires.

Si l'on regarde l'aspect mécanique des mouvements associés au TE, on constate qu'ils présentent des fréquences comprises entre 4 et 8 Hz. Il faut donc cibler et supprimer les mouvements de cette gamme de fréquence. Des solutions mécaniques externes ont déjà été étudiées, mais elles se sont révélées insatisfaisantes en raison de leur taille.

Deux attelles reliées par un amortisseur L'orthèse en question se compose de deux attelles, fixées l'une à l'avant-bras et l'autre à la main. Les deux attelles sont reliées entre elles par un amortisseur rotatif situé au niveau du poignet. La flexion de la main entraîne la rotation de l'amortisseur, qui joue alors son rôle par pression de fluide et frottement visqueux.

La configuration retenue a été initialement mise au point par la société italienne Cultraro Automazione Engineering pour une application automobile. Elle consiste en une pale et un capot séparés par un espace mince. Le couple d'amortissement produit dépend de la vitesse de déformation et de la viscosité dynamique du fluide d'interface.

De plus, la vitesse de déformation joue un rôle déterminant dans la définition de la viscosité effective du fluide non newtonien utilisé dans l'amortisseur. Une simulation basée sur un modèle Simulink Le tremblement de la main peut être représenté en simplifiant le mouvement général de la main à un mouvement harmonique simple à un degré de liberté, caractérisé par les données relatives au patient.

Figure 1 - Schéma de principe du système d'amortissement. Le couple d'amortissement dépend de la géométrie de l'amortisseur, des propriétés de frottement sec des matériaux, du profil de déformation de cisaillement de la viscosité du fluide, ainsi que de la température et de la fréquence d'utilisation. Dans un amortisseur rotatif, la vitesse de cisaillement évolue en fonction de la position radiale. L'approche expérimentale aurait été longue et coûteuse en nécessitant la réalisation de nombreux prototypes avant d'arriver à une conception possédant les caractéristiques d'amortissement requises.

Le choix s'est donc porté sur la modélisation, pour optimiser la conception paramétrique du système. Des essais rhéologiques ont été réalisés afin d'étudier la viscosité et le comportement du fluide amortissant. Le nombre de Reynolds critique pour un écoulement régulier de surface à travers un espace similaire à celui de l'amortisseur rotatif varie entre 1 et 2 L'une des préoccupations majeures concernait les tolérances pouvant être obtenues selon les méthodes de fabrication envisagées.

La plus grande attention a été portée à la tolérance géométrique de l'amortisseur après montage. Dans l'un des modèles initiaux Figure 2 , la taille des espaces prévus pour le passage du fluide était proche des tolérances de fabrication. Le risque était donc important de voir les performances de l'amortisseur être extrêmement sensibles aux tolérances des composants et à la technique de montage.

Figure 2 - Avec les modèles initiaux, les performances étaient sensibles aux tolérances des composants. Pour remédier à ce problème, l'azimut de la pale a été augmenté et de plus grands espaces ont été créés pour l'écoulement du fluide.

La détermination d'une plus grande superficie découlant de ces modifications a permis d'améliorer l'amortissement tout en réduisant la sensibilité aux tolérances de fabrication Figure 3. Figure 3 - Des modifications géométriques ont permis d'améliorer l'amortissement. On voit que la conception finale se distingue par un coefficient d'amortissement élevé et une rigidité légèrement supérieure à celle associée à la conception initiale.

Figure 4 - L'optimisation de la conception s'est traduit par un coefficient d'amortissement plus élevé. La Figure 5 présente la réduction de l'amplitude du tremblement. La conception finale de l'amortisseur a permis une réduction d'amplitude environ 8 à 9 fois supérieure à celle de la conception initiale. Par ailleurs, la réduction d'amplitude obtenue avec la conception initiale augmente à mesure que la fréquence diminue.

Ce qui va à l'encontre des caractéristiques souhaitées. La réduction maximale d'amplitude obtenue avec la conception finale se situe autour de 2 Hz, et diminue à mesure que la fréquence descend en deçà de ce niveau. Les différences observées entre les essais sur patients et les simulations ont été mises sur le compte des effets de compatibilité avec la peau humaine.

Des essais cliniques ont également révélé une amélioration notable quand l'orthèse est utilisée lors d'activités telles que l'écriture. Figure 6 - La modélisation a permis de faire l'économie de nombreux prototypes. La mise au point d'un amortisseur à base de fluide visqueux nécessite normalement plus d'une dizaine d'itérations de conception si l'on fait appel à des prototypes physiques, sans modélisation.

Le recours à un modèle de simulation CFD pour optimiser la conception a permis d'aboutir à une conception finale dès le premier prototype. Ce qui s'est traduit par une réduction sensible du temps de développement, donc des coûts.

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