L'université de York

Lorsque le professeur associé Elena Geangu, du département de psychologie de l'université de York et son équipe interdisciplinaire de psychologues, d'ingénieurs, d'informaticiens et de mathématiciens ont appris qu'ils avaient réussi à obtenir un financement pour le développement de leur concept, la plate-forme EgoActive, cela a été une raison de célébrer.

La plateforme EgoActive est leur concept révolutionnaire de système de surveillance compact avec capteur cardiaque et caméra montée sur la tête, qui pourrait offrir à la communauté scientifique une occasion unique d'enregistrer et d'évaluer l'interaction d'un bébé avec le monde dans son environnement naturel, plutôt que dans un laboratoire artificiel ou un environnement clinique.

Ce travail est extrêmement important. L'étude des bébés dans leur environnement naturel nous permet de comprendre comment le cerveau humain mûrit et comment nous nous développons pour devenir les adultes que nous sommes et la manière dont nous fonctionnons. Ces informations peuvent être utilisées à des fins pratiques, par exemple pour nous aider à comprendre ce qui se passe lorsque le développement ne suit pas un schéma typique - l'étude de différents troubles et des facteurs de l'environnement naturel qui ont pu contribuer à ce résultat. Ces connaissances peuvent être appliquées à un large éventail de troubles, par exemple aux enfants qui développent des troubles anxieux, des troubles du comportement, de l'autisme et d'autres déficiences cognitives. Outre le traitement des troubles, ces informations peuvent également être utilisées pour éclairer les pratiques éducatives. Elles nous indiquent comment éduquer nos enfants plus efficacement afin qu'ils aient des expériences de vie plus adaptées et qu'ils obtiennent finalement de meilleurs résultats dans de nombreux aspects de la vie, y compris l'éducation, les interactions sociales et la carrière.

Une opportunité de financement pour faire passer la plateforme EgoActive du concept à la création s'est présentée sous la forme du prestigieux programme First 1000 days (1kD) de Wellcome Leap. L'objectif de ce programme est d'identifier et de soutenir les projets de recherche les plus intéressants sur le développement de l'enfant afin de mieux comprendre le développement neurocognitif de l'enfant au cours des 1000 premiers jours de sa vie.

Ouvert aux scientifiques du monde entier, le programme 1kD, doté de 45 millions de dollars, fait l'objet d'une concurrence féroce. Des centaines de groupes de recherche se sont portés candidats, mais seuls dix projets ont été retenus. L'équipe à l'origine de la plateforme EgoActive, dirigée par l'université de York (et impliquant des collaborations avec l'université de Newcastle et l'université Queen Mary de Londres), était l'une d'entre elles.

Cependant, Elena et son équipe n'ont pas eu le temps de se reposer sur leurs lauriers. Avec un délai de 12 mois pour créer la plateforme EgoActive à partir de zéro, l'horloge tournait.

La plateforme devait être constituée de capteurs portatifs sans fil intégrés permettant de saisir les statistiques auditivo-visuelles égocentriques du nourrisson et le fonctionnement du système nerveux autonome "dans la nature", c'est-à-dire dans l'environnement naturel de l'enfant.

Elena et son équipe ont commencé par étudier les appareils disponibles sur le marché, mais se sont vite rendu compte que cette approche n'était pas faisable car l'équipement existant n'était pas adapté aux jeunes enfants et ne convenait pas non plus à un projet de recherche. Ils ont donc eu besoin d'une aide à la fabrication pour surmonter les limites de l'équipement existant et faire en sorte que la plate-forme EgoActive puisse être utilisée pour mener des recherches en dehors d'un laboratoire.

L'équipe a pu mettre à profit sa grande expertise en matière de recherche dans les domaines de la psychologie du développement et des neurosciences, de l'informatique, des mathématiques et des statistiques, ainsi que de l'ingénierie biomédicale. Mais il restait une lacune dans l'expertise requise pour le projet. Ils avaient besoin d'une expertise en matière d'ingénierie, de prototypage et de fabrication pour aider à concrétiser le concept.

Comme l'explique Elena, "mon équipe avait l'habitude de travailler avec des ingénieurs biomédicaux, mais pas avec des ingénieurs possédant le type d'expertise de Protolabs. Nous avions une idée de la façon dont la conception devait se présenter sur la base de nos essais expérimentaux, mais nous avions besoin d'un soutien extérieur pour nous aider à amener le prototype naissant à un niveau de conception où il pourrait être fabriqué de manière professionnelle. Nous connaissions les caractéristiques de l'électronique et des éléments contenus dans les appareils, mais pour ce qui est des boîtiers, nous ne savions pas ce qui était le plus approprié en termes de matériaux ou d'expertise sur la manière de concevoir les moindres détails.

"Le projet n'a pas été sans difficultés, car les dispositifs portables sont destinés aux bébés. Nous devions donc nous assurer que les boîtiers étaient adaptés en termes de conception et de matériau, car ils étaient en contact direct avec la peau délicate et le corps fragile des nourrissons. En outre, les dispositifs devaient être très légers, confortables et discrets, de sorte que les bébés ne se rendent pas compte qu'ils les portent. De plus, nous avions un délai extrêmement serré, ce qui signifiait que nous devions compter sur un soutien rapide".

C'est là que Protolabs entre en scène, comme l'explique Elena :

"Dans ma recherche, je voulais un endroit assez local où je pourrais me rendre en personne et discuter des exigences, car il s'agit d'un produit très important et je trouve qu'il est plus facile de travailler de cette manière. Je suis tombé sur Protolabs et j'ai pris contact. Dès le début, j'ai eu une excellente expérience. Shay Mason, mon premier contact, m'a mis en relation avec les ingénieurs concepteurs Dom Corpuz et Tom Rowland du service de conception consultative de Protolabs. Ils ont été très agréables à rencontrer et très compétents. Ils m'ont immédiatement mis à l'aise et nous avons fini par travailler ensemble sur le projet".

Protolabs’ Consultative Design Service (CDS) is complementary to the company’s injection moulding service. Whilst their automated quoting platform provides helpful manufacturability feedback, the additional consultancy service is suited to when a project requires more critical thinking; engineering experience to support more complex considerations around manufacturability, such as that demanded by Elena and her team.

Dom Corpuz, one of the Protolabs’ Application Engineers, continues the story, “Working with Elena and her team was a pleasure, but it was clear that time was of the essence, so we got to work quickly to find our way through the design and manufacturing process. Ultimately, a total of thirteen parts were manufactured to produce assemblies for the two main components of the platform: the head-mounted camera, and the heart activity sensor. The parts we made essentially act as a carrier or casings for all the electronic hardware needed for the two components.”

Pour la vérification initiale du modèle, le silicone de l'impression 3D PolyJet a été utilisé pour créer la bande du boîtier de la caméra montée sur la tête et le PA 11 de l'impression 3D Multi Jet Fusion pour les boîtiers de la caméra montée sur la tête et du capteur d'activité cardiaque. Il s'agissait d'une première étape essentielle, car l'impression 3D a permis à l'équipe de vérifier l'ajustement de la conception et le comportement mécanique des pièces à faible coût avant d'investir dans l'outillage pour le moulage par injection. En fait, le processus a permis à l'équipe de procéder à un certain nombre de modifications de la conception avant de passer à la production, d'autant plus que la plupart des matières utilisées dans la fabrication additive de Protolabs sont les mêmes, ou se comportent de la même manière, que la plupart des matières disponibles pour le moulage par injection.

Pour le capteur d'activité cardiaque, le polypropylène (PP) a été choisi car il devait être aussi fin que possible, ce qui nécessitait une matière facile à couler dans le moule. Le bandeau est composé de deux matières : PP et caoutchouc silicone liquide (LSR). Le LSR a été choisi pour permettre au bandeau de se plier doucement autour de la tête de l'enfant tout en conservant sa forme, mais aussi pour offrir des propriétés d'isolation électrique et thermique. Le LSR était également essentiel pour assurer le confort de l'enfant qui le porte, ce qui est essentiel pour garantir la réussite de la recherche !

Dom explique : "Le principal défi consistait à adapter la conception initiale imprimée en 3D au moulage par injection, notamment en ce qui concerne la bande de la caméra montée sur la tête. La conception initiale était un assemblage en deux parties, mais nous avons dû repenser la configuration des pièces pour répondre aux exigences du client tout en restant dans les limites des capacités de moulage. La reconception des pièces a nécessité beaucoup d'attention afin de s'assurer qu'Elena et son équipe étaient satisfaites de la conception, tout en étant en mesure de la fabriquer. Grâce à notre service de conception consultative, nous avons pu apporter notre soutien tout au long du projet, jusqu'à ce que tout le monde soit satisfait du passage à l'outillage de moulage par injection. Mais il s'agit là d'un processus typique du développement de la conception de produits, auquel nous sommes donc très habitués."

Au final, entre 200 et 500 pièces ont été moulées par injection - une production relativement petite pour le processus, mais qui convient à ce qui est actuellement un projet de recherche non commercial.

Grâce à la collaboration avec Protolabs, la plateforme EgoActive n'est plus un concept mais un produit fabriqué. Il s'agit d'un outil d'une importance vitale qui modifie la manière dont les scientifiques peuvent évaluer, étudier et promouvoir le développement sain du cerveau. En supprimant les contraintes du laboratoire, la plateforme EgoActive ouvre de nouvelles perspectives de recherche sur le développement cognitif initial de l'être humain dans son environnement naturel.

Il était donc important de diffuser les résultats du projet auprès de la communauté scientifique en publiant un article. Elena a tenu à publier sur une plateforme en libre accès afin que les résultats puissent être lus gratuitement par tous, y compris le public, plutôt que dans une revue scientifique protégée par un système de paiement.

L'importance et la réussite du projet se traduise par le fait que le résumé des résultats d'Elena et de son équipe a fait l'objet d'un examen rigoureux et a été accepté pour publication dans la prestigieuse revue Sensors, une plateforme scientifique en libre accès. Encore une fois, Elena est reconnaissante à Protolabs pour son aide dans cette réalisation ; elle est ravie que Dom et Tom soient allés plus loin en apportant leur expertise en ingénierie pour expliquer les aspects techniques de la conception et des matières de la boîte.

L'article est maintenant en ligne et partagé par la communauté scientifique, et il a suscité beaucoup d'intérêt pour la plateforme EgoActive.

Comme l'explique Elena, "Maintenant que l'article a été publié, plusieurs scientifiques nous ont demandé s'ils pouvaient disposer de la plateforme EgoActive pour leurs recherches. Nous savons que les scientifiques et les professionnels ont vraiment besoin de ces appareils, et nous devons donc trouver un moyen de les distribuer. Notre objectif est de distribuer la plateforme EgoActive au sein des communautés académiques et professionnelles concernées, dans le but d'aider plutôt que de faire du profit. Il nous reste à trouver le meilleur moyen d'y parvenir. Ce type d'initiative est au cœur des principes de l'Université de York - une université pour le bien public. Elle cherche à promouvoir la collaboration au-delà des frontières disciplinaires et avec diverses personnes et entités de la société, afin de générer des synergies de recherche qui profiteront durablement à la société dans son ensemble".

Actuellement, la plateforme EgoActive est utilisée par l'université de York pour collecter des données auprès de nombreuses familles à Sao Paolo, au Brésil, et à York, au Royaume-Uni. Les bébés et leurs mères portent les appareils à différents moments de leur première année de vie afin de découvrir comment les caractéristiques de l'environnement naturel contribuent au développement et à l'évolution de l'esprit avec le temps. L'étude permettra également à l'équipe de comprendre si un modèle de développement spécifique est propre à une certaine culture ou si le développement suit un modèle universel, caractéristique des nourrissons du monde entier.

Seul l'avenir nous dira quelles découvertes intéressantes seront réalisées dans l'étude du cerveau humain et du développement de l'esprit grâce au lancement de la plateforme EgoActive. Et Protolabs sera là pour soutenir tout développement futur du produit.

"J'ai été ravie de découvrir Protolabs", déclare Elena. "L'équipe était incroyablement enthousiaste, curieuse et prête à relever le défi. J'ai apprécié le fait qu'ils étaient toujours heureux de partager leurs idées et d'aider à faire avancer le projet. J'ai beaucoup apprécié de travailler avec eux pour créer la plateforme EgoActive et je pense qu'au cours des deux prochaines années, la collaboration avec Protolabs se poursuivra au fur et à mesure que nous développerons et distribuerons le produit. Je me réjouis de travailler à nouveau avec Protolabs sur ce projet et sur d'autres projets éventuels.

À propos du programme Wellcome Leap First 1000 days (1kD) :

Le programme de financement 1kD de Wellcome Leap montre clairement à quel point il est important que nous comprenions mieux comment notre cerveau se développe dès la naissance : "Nous savons tous à quel point un jour fait la différence. Les 1000 premiers jours peuvent faire toute la différence dans le démarrage d'un enfant dans la vie, peut-être plus que nous ne l'avons jamais compris auparavant. Au cours de cette période initiale, nous développons des capacités cognitives essentielles, telles que la fonction exécutive (FE) et l'autorégulation. À la fin des 1000 premiers jours, les performances individuelles d'un enfant en matière de fonctions exécutives modifient ses chances de faire face avec succès aux opportunités et aux obstacles auxquels il est confronté dans la vie. Une fonction exécutive bien développée améliore les chances de l'enfant d'être en bonne santé physique, neuronale et mentale tout au long de sa vie, réduit le rythme du vieillissement et sous-tend une productivité et une prospérité accrues. En effet, le sous-développement de l'EF a des conséquences importantes. Nous savons que les enfants dont la FE est sous-développée à l'âge de 3 ans représentent environ 20 % de la population, mais qu'ils constituent près de 80 % des adultes susceptibles d'avoir besoin d'une forme d'aide sociale ou économique".