L'université de technologie de Delft utilise un capteur de force HBM pour des recherches scientifiques sur le frottement

Les résultats de mesure peuvent mener à une novelle technologie de mise en forme d'endoscopes

Le groupe de recherche biomécanique de l'Université de Technologie de Delft  a choisi un capteur de force HBM dans le cadre de leur recherche sur le frottement entre câbles acier et  divers types de caoutchouc. A première vue, ceci peut paraitre être un domaine de recherche marginal, mais les résultats peuvent mener vers une nouvelle technologie pour une mise en forme plus ferme des endoscopes flexibles (tuyaux longs et flexibles équipés d’une caméra à l'extrémité), avec probablement un apport considérable dans le secteur médical. Au-delà du court terme, il peut être possible d'avancer et de mettre en application cette technologie pour répondre à certaines demandes émanant de la défense et de la police pour détecter des explosifs, par exemple, en scrutant à l’intérieur d’espaces confinés.

Capteurs de force HBM

La recherche sur le frottement entre câbles acier et caoutchoucs faisait partie de l’étude de thèse PhD de Arjo Loeve, qui est maintenant docteur en recherche. Cette étude a été adaptée vers le développement d’une nouvelle technologie d’endoscopes pour la pratique d’examens médicaux dans le corps humain. Durant l’introduction de l’endoscope flexible, des courbures indésirables se produisent parfois dans le tuyau de l’endoscope, ce qui peut alors occasionner des problèmes comme des étirements douloureux dans  l'intestin du patient. Cela peut même provoquer des complications néfastes, telles qu’une  perforation de l'intestin pendant une coloscopie. Quelques fabricants ont réellement présenté des technologies, mais leur fonctionnement n'est pas encore optimal et elles sont extrêmement coûteuses. La plupart des endoscopes ne disposent pas assez de fermeté et offrent seulement des options limitées sur la forme du tuyau.

Dispositif de test. Au premier plan les blocs couverts de caoutchouc ou de câbles acier.

Plus rapide et meilleur marché - Nouvelle technologie pour les soins de santé

La nouvelle technologie issue des recherches de Loeve se compose d'un tuyau en caoutchouc gonflable entouré par un anneau de fil d'acier à l'intérieur d'un ressort en acier inoxydable. En utilisant un liquide pour mettre le tube en caoutchouc sous tension, le tube maintient le fil d'acier contre l'intérieur du ressort et permet la rigidité de l'endoscope. De cette façon, le médecin peut effectuer l’examen plus rapidement, le patient ressent moins d’inconfort et le risque d’une complication est considérablement réduit.

Les examens endoscopiques doivent souvent être interrompus à cause de la douleur ou de complications, cela signifie que certaines anomalies ne peuvent pas être détectées chez le patient, ce qui nécessite parfois des examens complémentaires longs et coûteux à l’aide d’un scanner CAT afin d'arriver au bon diagnostic.

Cette nouvelle technique devrait permettre une augmentation du taux de réussite sans problème des examens internes. Contrairement à d'autres techniques possibles, la technique étudiée à Delft n'exige pas de boîtier de commande en général assez cher, qui maintient les systèmes endoscopiques accessibles. Grâce à cette technologie, l’opération est également énormément simplifiée, ainsi les examens endoscopiques ne doivent pas nécessairement être exécutés par des spécialistes ayant des coûts d’intervention élevés.

Par conséquent, cette technologie offre potentiellement une solution parfaite en réponse aux défis que sont les soins de santé : ces méthodes de traitement efficaces réduisent les séjours en hôpital et plus important, permettent des économies conséquentes. Cette solution peut déclencher une forte impulsion dans l'introduction de technologies invasives minimales, de techniques chirurgicales endoscopiques et de chirurgies sans incision.

Première recherche sur le frottement entre câbles acier et caoutchoucs

L'étude entreprise par le groupe de recherche de construction mécanique était peu commune. En étude de frottement ou « tribologie », de nombreuses recherches fondamentales ont été menées sur le frottement entre différents types de matériaux. « Mais pourtant pas beaucoup de recherche a été faite sur le frottement entre des câbles acier et le caoutchouc » explique Loeve. « Le caoutchouc est mou et a tendance à adhérer à d'autres matériaux sur le plan  moléculaire, ce qui cause beaucoup de frottement.

Cependant, l'étude la plus semblable précédemment entreprise visait à réduire le frottement dans certaines applications concernant les bandes de convoyage ou la prévention de l'usure. Pour les applications de scopies, vous voulez réellement maximiser le frottement, afin d'obtenir autant rigidité que possible dans le guidage. En outre, la plupart des types de caoutchouc ne sont pas très populaires dans le secteur médical car ils ne sont pas biocompatibles et libèrent parfois des poisons ou des agents cancérigènes. Ils ont aussi une faible résistance à la stérilisation. Avec cette nouvelle technologie de scopie, le caoutchouc n'entre pas en contact avec le corps humain parce qu'il est placé à l'intérieur du mécanisme.

Dispositif d’essai. Deux blocs plaqués de caoutchouc avec au milieu un autre bloc enveloppé de fil d'acier.

Quelle combinaison de matériaux offre le plus de frottement ?

L'étude a permis d’examiner trois sortes de caoutchouc et cinq types différents de câbles en acier tressés ce qui donne quinze combinaisons différentes. L'objectif était de déterminer quel type de caoutchouc et quel type de câble présentaient associés le plus de frottement. Les câbles étaient en acier standard tressés avec des épaisseurs de 0.18 à 0.45 mm couramment employés dans pour l’accrochage de cadres ou tableaux ou bien encore en tant que câbles de frein de bicyclette. 

Pour les essais, un montage a été développé par l'équipe. Il  se  compose d'un module de fixation avec deux blocs plaqués de caoutchouc et d’un troisième bloc enveloppé d’un fil acier tiré entre les deux. Le montage nécessite un capteur de force approprié pour mesurer la force exercée sur le bloc par le câble en acier. Cette solution a permis finalement d’évaluer le frottement. Le capteur de force a dû répondre aux exigences spécifiques liées à la plage de mesure et à l'exactitude recherchée.

Les caractéristiques ont été élaborées à partir de ce qui était connu et ont été stockées comme « Meetshop » (Magasin de mesure) au sein de la Faculty of Mechanical, Maritime and Materials Engineering, où les étudiants et les candidats au diplôme de doctorat peuvent faire appel pour les aider dans leurs applications de mesure. Comme le Meetshop travaille beaucoup avec HBM et utilise un système d’acquisition de données MGCplus de chez eux, il est donc sans surprise qu’HBM a été choisi pour la fourniture du  capteur de force. Celui-ci a été sollicité jusqu'à 180 kg. Par ailleurs, le capteur a été non seulement utilisé pour les essais avec le module de fixation, mais également pour l’étalonnage du module de tension.

« En tenant compte du développement de l'installation d'essai et des modules de fixation, l'étude a duré une année et demie et a généré un vrai trésor de données utiles » ajoute Arjo Loeve. « Après publication de l'étude dans WEAR, le journal scientifique sur la tribologie et dans IEEE Transactions sur la Technologie Biomédicale, le principe de base de cette technologie a suscité l’intérêt d'autres organismes. Le principe de raidissement semble également s'appliquer pour l’affermissement contrôlable de forceps pendant certaines  opérations médicales. Les données de frottement ont démontrées leur valeur dans de nombreux secteurs où des câbles en acier peuvent entrer en contact avec des pièces en caoutchouc. Même l'armée et la police sont intéressées pour examiner cette technique dans leur domaine d’activité. Quelques exemples d’applications potentielles concernent la détection d’explosifs, de pièges ou d'inspections visuelles dans des espaces clos.

Système d'acquisition de données MGCplus
Contactez-nous Nous sommes à votre écoute pour répondre à toutes vos demandes.