La technologie des fauteuils roulants de Rory Cooper rend le monde plus accessible

Depuis plus de 25 ans, Rory Cooper développe des technologies pour améliorer la vie des personnes handicapées.

Cooper a commencé son travail après qu’une blessure à la moelle épinière en 1980 l’ait laissé paralysé de la taille aux pieds. Il a d’abord modifié l’orthèse dorsale qu’il devait porter. Il s’est ensuite tourné vers la construction d’un meilleur fauteuil roulant et a proposé une version électrique qui aidait son utilisateur à se lever. Il a finalement découvert le génie biomédical et a été inspiré pour concentrer sa carrière sur le développement de technologies d’assistance. Ses inventions ont aidé d’innombrables utilisateurs de fauteuils roulants à se déplacer avec plus de facilité et de confort.

Les technologies développées par Cooper comprennent le SmartWheel et le VCJ-CA, un joystick à compliance variable avec des algorithmes de compensation. Le SmartWheel se fixe à un fauteuil roulant manuel pour mesurer la force des poussées, la fréquence de poussée, la longueur de la course, la douceur et la vitesse de la poussée et du fauteuil roulant. Les athlètes en fauteuil roulant utilisent les données pour optimiser leurs performances. Il est également utile de déterminer les ajustements pour minimiser les blessures de stress pour les utilisateurs plus typiques. Le VCJ-CA permet aux utilisateurs de personnaliser les commandes de conduite des fauteuils roulants électriques et est utilisé aujourd’hui dans presque tous ces fauteuils.

Ces jours-ci, Cooper et son équipe au Université de PittsburghLaboratoires de recherche en génie humain de travaillent à développer des progrès, y compris un fauteuil roulant qui peut se déplacer sur un terrain accidenté. Cooper a fondé le HERL en collaboration avec les États-Unis Département des anciens combattants.

Pour ceux et d’autres “contributions importantes à la technologie des fauteuils roulants qui ont élargi la mobilité et réduit les blessures secondaires pour des millions de personnes handicapées”, Cooper a reçu cette année le prix Prix ​​IEEE de génie biomédical.

Le prix “reconnaît l’importance du travail que moi-même et d’autres ingénieurs faisons”, dit-il, ajoutant qu’il est honoré par cet honneur. Le prix reconnaît également que « les personnes handicapées constituent une partie importante de notre société. Avec un peu de chance [my receiving this honor] encourage d’autres personnes à poursuivre le travail accompli dans ce domaine.

Cooper lui-même n’a pas encore fini. Il dit que bien que la technologie, la médecine et la société aient considérablement évolué dans la façon dont elles peuvent aider les personnes handicapées, “il y a encore beaucoup de possibilités pour la technologie d’améliorer encore la vie et la santé des gens”. Et, en tant que directeur de l’HERL et professeur de bio-ingénierie, de médecine physique, de réadaptation et de chirurgie orthopédique à l’Université de Pittsburgh, il prévoit de développer des outils plus utiles.

Changer le cours de sa carrière

L’accident de vélo qui a endommagé la colonne vertébrale de Cooper s’est produit alors qu’il était en poste en Allemagne dans sa quatrième année avec le L’armée américaine. Il a quitté l’armée peu de temps après et est retourné aux États-Unis, obtenant un baccalauréat en 1985 en génie électrique de Université d’État polytechnique de Californie, à San Luis Obispo. Il a ensuite obtenu une maîtrise de Cal Poly dans le même sujet en 1986, prenant des cours tout en travaillant comme ingénieur en instrumentation et contrôle à Gaz et électricité du Pacifique à Diablo Canyon, en Californie. Au cours de ses études supérieures, sur la recommandation d’un ami, il a suivi un cours d’ingénierie biomédicale et est tombé amoureux du domaine, dit-il. Il avait également commencé à enseigner aux apprentis de PG&E les bases des systèmes de contrôle et de l’électronique, ce qui a fourni un autre type d’inspiration.

Éduquer les apprentis « était une bonne chose pour moi et peut-être une erreur pour PG&E parce que j’ai découvert que j’aimais vraiment enseigner », dit Cooper en riant.

Pensant qu’il préférait enseigner plutôt que de poursuivre une carrière dans l’industrie comme il l’avait prévu, il se dirigea vers le Université de Californie, Santa Barbara, pour un doctorat. Là, il a commencé à développer un appareil appelé SmartWheel. L’instrument mécanique dispose d’un ensemble complexe de capteurs intégrés à un ordinateur monocarte avec communication sans fil. Les SmartWheels sont montés sur des fauteuils roulants.

“J’ai commencé à développer la technologie parce que je voulais essayer de gagner une médaille dans le Paralympiques“, dit Cooper. “SmartWheel mesure la dynamique de propulsion du fauteuil roulant, et j’ai pu utiliser les données collectées pour optimiser la biomécanique de mon fauteuil roulant et les mouvements de mon corps.”

Le SmartWheel mesure les forces et les couples appliqués par les athlètes à la jante de poussée (la partie de la chaise que les individus utilisent pour faire tourner les roues). Un encodeur mesure la vitesse et l’orientation de la roue. Les athlètes peuvent utiliser les données pour optimiser leurs performances en ajustant la position de leur corps, en personnalisant la conception de leur chaise et en positionnant et en orientant leurs roues par rapport à leurs épaules.

Ça a marché pour lui : il a reçu une médaille de bronze Paralympique médaille en course en fauteuil roulant en 1988.

Mais Cooper n’avait pas perfectionné l’appareil lorsque, après avoir obtenu son diplôme en 1989, il a rejoint Université d’État de Californie à Sacramento en tant que membre du corps professoral.

Puis il rencontra Charles Robinson lors d’une conférence IEEE cette année-là à Seattle. Le boursier à vie de l’IEEE était un chercheur de carrière en réadaptation au ministère des Anciens Combattants. Il a invité Cooper à se joindre à son équipe en tant que chercheur postdoctoral. Cooper a accepté le poste et a occupé les deux emplois pendant environ cinq ans.

Cooper a finalement quitté Cal State tout en continuant à travailler à temps partiel à la VA. En 1994, il a rejoint l’Université de Pittsburgh en tant que professeur, créant le HERL cette année-là pour développer et améliorer la technologie qui favorise la mobilité, la fonction et l’inclusion des personnes.

“Le laboratoire a commencé avec moi et deux étudiants diplômés”, dit-il, “et maintenant environ 70 ingénieurs, cliniciens, chercheurs et étudiants travaillent sur des projets.”

L’un de ces projets consistait à poursuivre le développement de la SmartWheel. L’appareil est devenu disponible dans le commerce en 2000 et a été utilisé par les athlètes paralympiques américains lors de l’entraînement pour les jeux de 2021 à Tokyo.

Cooper et ses collègues chercheurs ont constaté des avantages imprévus pour la santé des utilisateurs de fauteuils roulants manuels qui utilisaient une SmartWheel. Il peut aider à réduire le syndrome du canal carpien et les blessures de la coiffe des rotateurs, dit-il. Les SmartWheels sont maintenant couramment utilisés par les physiothérapeutes dans plus de 100 cliniques pour optimiser la configuration du fauteuil roulant et le style de poussée afin de réduire les traumatismes liés au stress répétitif, dit-il.

Rendre les fauteuils roulants électriques inclusifs

Les chercheurs de HERL ont produit de nombreuses avancées qui changent la vie.

« Une technologie dont je suis particulièrement fier est le joystick à conformité variable avec algorithmes de compensation », déclare Cooper. Avant l’invention du VCJ-CA, les commandes des fauteuils roulants électriques étaient analogiques et non numériques. Il était difficile de personnaliser un fauteuil roulant doté de commandes analogiques, dit-il. Si l’utilisateur avait le moindre tremblement ou tic, le fauteuil roulant pourrait se déplacer involontairement. Beaucoup de gens avaient besoin de quelqu’un pour faire fonctionner le fauteuil roulant pour eux, dit-il.

« Il y avait beaucoup de gens qui dépendaient des autres pour pousser leur fauteuil roulant ou pour actionner ses commandes à leur place », dit Cooper. “Mais ces utilisateurs de fauteuils roulants voulaient une mobilité indépendante, alors j’ai commencé à étudier comment rendre cela possible.”

Le VCJ-CA est un joystick dont le matériel et le logiciel peuvent être personnalisés pour répondre aux besoins de chaque utilisateur. Par exemple, les personnes dont les mouvements de la main ou du bras sont restreints peuvent adapter la rigidité du joystick en fonction de leur portée, de leur force et de leur contrôle. Les algorithmes permettent aux individus de personnaliser la vitesse, le freinage, l’accélération et les capacités de rotation de leur fauteuil roulant. Les algorithmes peuvent également s’adapter aux tremblements, à l’amplitude des mouvements, à la capacité de générer un mouvement ou une force et à la capacité de contrôler la direction de son bras, de sa main ou de son doigt.

“Le VCJ-CA est maintenant utilisé dans presque tous les fauteuils roulants électriques du monde, ce qui est plutôt cool”, déclare Cooper. “Les personnes qui dépendaient des autres peuvent désormais conduire de manière autonome.”

Apporter stabilité et sécurité aux utilisateurs de fauteuils roulants

Cooper (deuxième à partir de la gauche) et ses collègues – David Constantine, Jorge Candiotti et Andrin Vuthaj (debout) – des laboratoires de recherche en génie humain de l’Université de Pittsburgh travaillant sur le MEBot.Abigaïl Albright

La cause la plus fréquente de visites aux urgences par les utilisateurs de fauteuils roulants est la chute de la chaise ou le basculement, dit Cooper.

« Cela se produit souvent lorsque le fauteuil roulant de l’individu atteint le seuil d’une porte, franchit de petits trottoirs ou passe d’un trottoir à une rampe », dit-il.

Depuis 2013, lui et son équipe travaillent sur le Fauteuil roulant robotique d’amélioration de la mobilité pour minimiser ces blessures.

Connu sous le nom de MEBot, le fauteuil roulant peut escalader des bordures jusqu’à 20 centimètres de haut et peut s’auto-niveler lorsqu’il roule sur un terrain accidenté. Il le fait grâce à six roues qui montent et descendent plus deux ensembles de roues omnidirectionnelles plus petites à l’avant et à l’arrière. Les roues motorisées plus grandes du fauteuil roulant peuvent se repositionner pour simuler une traction avant, centrale ou arrière.

Les essais utilisateurs ont été achevés l’année dernière. Cooper dit que l’équipe a reçu des commentaires positifs et qu’une personne l’a comparé à rouler sur un tapis roulant. Le MEBot sera disponible dans les cinq prochaines années, prédit Cooper.

L’importance de l’IEEE

Cooper a rejoint l’IEEE en tant que recrue de Cal Poly. Le département d’ingénierie de l’université avait une salle d’étude spécialement pour les membres étudiants de l’IEEE, dit-il.

« C’était un bon endroit pour moi pour étudier, car tout le monde y poursuivait un diplôme en génie électrique », dit-il. “Les professeurs de Cal Poly approchaient également souvent les membres étudiants de l’IEEE pour rejoindre leurs équipes de recherche et développement.”

Après avoir obtenu son diplôme, il a commencé à assister à des conférences de l’IEEE et à publier des articles dans les revues de l’organisation. Il est devenu plus actif au cours de ses quatre décennies en tant que membre. Il a été rédacteur en chef adjoint duTransactions IEEE sur les systèmes neuronaux et l’ingénierie de la réadaptationpar exemple, et il est membre du Société d’ingénierie IEEE en médecine et biologiele comité des normes.

Il dit qu’il maintient son adhésion en partie parce que l’IEEE produit « d’excellentes publications, améliore l’éducation et travaille sur des normes qui changent la vie des gens ».