Brevet FR2759193A1 — publié le 19980807

La présente invention concerne un dispositif à caractère pédagogique visant à simuler l'articulation anatomique d'un membre supérieur humain entre le bras et 1' avant-bras. En milieu scolaire, l'enseignement des sciences expérimentales fait souvent appel à des dispositifs de simulation et d'expérimentation à caractère pédagogique. En particulier, pour l'enseignement de l'anatomie humaine, il est peut être utile d'illustrer le cours théorique par une visualisation pratique du fonctionnement d'une articulation telle que celle d'un membre supérieur, permettant de mettre en évidence l'action des muscles sur les os et le rôle moteur de chaque muscle. I1 existe actuellement des dispositifs rudimentaires constitués par un membre artificiel comportant un premier tronçon symbolisant le bras et un second tronçon symbolisant l'avant-bras, ces deux tronçons étant articulés l'un à l'autre autour d'un axe et reliés l'un à l'autre par deux ressorts antagonistes disposés de part et d'autre du premier tronçon pour former deux muscles artificiels symbolisant le biceps et le triceps. Toutefois, dans ces dispositifs, l'utilisateur ne peut agir que sur le second tronçon pour faire pivoter celui-ci par rapport au premier tronçon. Les ressorts hélicoïdaux utilisés symbolisent certes les muscles, mais leur action est passive, et ils ne permettent donc pas de visualiser le rôle moteur de chacun des muscles. Un but de l'invention est de concevoir un dispositif du type précité, permettant de simuler et visualiser l'action motrice de chacun des muscles. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un dispositif du type précité, dans lequel chaque ressort possède deux extrémités attelées chacune à l'un des deux tronçons par l'intermédiaire d'un élément de manipulation permettant à un utilisateur de comprimer avec deux de ses doigts le ressort concerné. L'utilisateur peut ainsi agir directement sur les ressorts symbolisant les muscles en comprimant au moyen de deux de ses doigts l'un ou l'autre des ressorts pour provoquer le pliage ou l'extension du membre. Cette manipulation permet de mieux comprendre pourquoi les muscles, capables seulement de travailler en traction mais jamais en poussée, sont disposés par paires antagonistes pour actionner les membres. Avantageusement, chaque élément de manipulation possède un logement pour un doigt de l'utilisateur. L'utilisateur peut ainsi aisément comprimer l'un des ressorts en introduisant deux de ses doigts dans les logements des éléments de manipulation pour rapprocher les deux extrémités du ressort. Dans un'mode de réalisation particulier, chaque ressort est constitué par une pluralité de fils élastiques attachés par leurs extrémités aux éléments de manipulation. Les fils élastiques sont réalisés par paires d'un seul tenant sous la forme de boucles accrochées à des créneaux ménagés sur les éléments de manipulation. Dans une variante de réalisation, chaque ressort est constitué par une lame élastiquement flexible, courbée entre les deux éléments de manipulation qui lui sont associés; la lame élastiquement flexible est par exemple réalisée en mousse, et elle tend à revenir élastiquement vers une configuration plane. Par ailleurs, dans un mode d'exécution spécifique du membre artificiel, le premier tronçon est constitué par une pièce rigide en forme de T ayant une branche principale et une branche secondaire plus petite que la branche principale, la branche principale ayant une extrémité opposée à la branche secondaire par laquelle le premier tronçon est articulé au second tronçon, et la branche secondaire possédant deux extrémités opposées auxquelles sont accrochés les éléments de manipulation correspondants. L'axe d'articulation des premier et second tronçons étant situé au voisinage et à distance d'une extrémité du second tronçon, les deux éléments de manipulation correspondants sont accrochés à ce second tronçon de part et d'autre de l'axe d'articulation. La branche principale du premier tronçon et le second tronçon sont équipés de passants permettant un sanglage direct dudit dispositif sur le bras de l'utilisateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple non limitatif. I1 sera fait référence aux figures des dessins annexés, parmi lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif conforme à l'invention - la figure 2 est une vue en plan du dispositif de la figure 1 - la figure 3 est une vue partielle en perspective, à échelle agrandie, permettant de mieux distinguer le détail de réalisation de l'un des éléments de manipulation; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 1, illustrant une variante de réalisation des muscles artificiels sous la forme de lames élastiques et de leurs éléments de manipulation; - les figures 5 à 8 sont des vues de détail illustrant le montage de l'une des deux lames élastiques sur les éléments des manipulation, conformément à la variante de la figure 4; - la figure 9 est une vue de détail de la lame élastique montée sur l'un des deux éléments de manipulation qui lui sont associés. En référence aux figures, le dispositif est constitué par un membre artificiel 1 comportant un premier tronçon 2 symbolisant le bras et un second tronçon 3 symbolisant l'avant-bras. Ces deux tronçons 2 et 3 sont articulés l'un à l'autre autour d'un axe 4 matérialisé par une cheville 5. Le premier tronçon 2 se présente ici sous la forme d'une pièce rigide en forme de T comportant une branche principale 6 constituée par une barre de section carrée et une branche secondaire 7 constituée par un barreau de section rectangulaire et de plus faible longueur que la barre 6. Le barreau 7 est rigidement fixé à la barre 6 à une extrémité 8 de celle-ci, l'extrémité opposée 9 de la barre 6 portant l'axe d'articulation 4 des premier et second tronçons 2 et 3. Le second tronçon 3 se présente quant à lui sous la forme d'une barre rectiligne simple 10 ayant une extrémité 11 au voisinage de laquelle est situé l'axe d'articulation 4 des premier et second tronçons, et une seconde extrémité 12 équipée d'une main artificielle 13. L'axe d'articulation 4 des barres 6 et 10 des premier et second tronçons 2 et 3 est situé légèrement en retrait, c'est-à-dire à distance, de l'extrémité 11 de la barre 10, de sorte que la barre 10 se prolonge, au-delà de l'axe 4, sur une portion d'extrémité dont la longueur est sensiblement égale à la moitié de la longueur du barreau 7 du premier tronçon 2. Les premier et second tronçons 2 et 3 sont reliés entre eux par deux muscles artificiels qui sont ici constitués par deux ressorts de traction 14, 15 disposés de part et d'autre de la barre 6 du premier tronçon 2, pour exercer entre ces deux tronçons des couples de rappel antagonistes. A cet effet, le ressort 15 est accroché par une de ses extrémités à l'extrémité 11 de la barre 10 du second tronçon 3 et, par son autre extrémité, à l'extrémité correspondante 16 du barreau 7 du premier tronçon 2, tandis que le ressort 14 est accroché, par une de ses deux extrémités, à l'extrémité 17 du barreau 7 opposée à l'extrémité 16 et, par son autre extrémité, à la barre 10 en un point d'accrochage symétrique du point d'accrochage du ressort 15 à l'extrémité 11 de la barre 10 par rapport à l'axe d'articulation 4. En l'espèce, chacun des ressorts 14 et 15 comporte une série de fils élastiques 19 parallèles s'étendant dans un plan commun entre deux éléments d'accrochage et de manipulation 20. Les fils élastiques 19 sont constitués par des boucles accrochées à des créneaux 21 ménagés dans une paroi d'accrochage 22 des éléments d'accrochage et de manipulation 20 qui est perpendiculaire au plan défini par les fils élastiques 19, comme cela est mieux visible à la figure 3. Chaque boucle définit ainsi une paire de fils s'étendant entre les éléments d'accrochage et de manipulation 20 du ressort concerné 14 ou 15. Chaque élément d'accrochage et de manipulation 20 possède en outre, pour son accrochage au tronçon auquel il est associé, un tirant 23 constitué par une bande rigide de faible épaisseur équipée à son extrémité libre d'un embout cylindrique 24 articulé au tronçon concerné autour d'un axe 25 matérialisé par une cheville 26 identique à la cheville 5 d'articulation des barres 6 et 10. Chaque organe d'accrochage et de manipulation 20 présente en outre, entre le tirant 23 et la paroi d'accrochage 22, un logement 27 de dimension adaptée pour recevoir un doigt de l'utilisateur. En l'espèce, chaque organe d'accrochage et de manipulation 20 est réalisé sous la forme d'une pièce en matière plastique moulée monobloc, depuis la paroi 22 jusqu'à l'embout 24. Les ressorts 14 et 15, qui sont parfaitement symétriques l'un de l'autre par rapport à la barre 6 du premier tronçon 2 et qui sont accrochés au second tronçon 3 symétriquement l'un de l'autre par rapport à l'axe d'articulation 4, exercent entre les premier et second tronçons des couples de rappel antagonistes qui tendent à rappeler ces tronçons dans une configuration d'équilibre dans laquelle les barres 6 et 10 sont perpendiculaires l'une à l'autre. Plus précisément, le ressort 14 peut être qualifié de fléchisseur car il tend à plier le membre artificiel 1. A l'inverse, le ressort 15 peut être qualifié d'extenseur, car il tend à étendre le membre artificiel 1. Par conséquent, dans un rapprochement intellectuel avec un membre supérieur humain, le ressort 14 symbolise le biceps et le ressort 15 le triceps. Avec cette symbolisation, les rôles respectivement fléchisseur et extenseur du biceps et du triceps peuvent être expérimentés de façon concrète par un utilisateur étudiant, au moyen de la manipulation décrite ciaprès. S'il souhaite simuler l'action du biceps qui se rétracte, il introduit deux de ses doigts dans les logements 27 les éléments d'accrochage et de manipulation 20 du ressort fléchisseur 14, et exerce un effort de rapprochement de ses doigts qui provoque la rétraction du ressort fléchisseur 14. Cette action provoque le pivotement du second tronçon 3 en direction du premier tronçon 2, ce premier tronçon ayant été préalablement fixé sur un support telle qu'une table. Dans le même temps, le ressort extenseur 15 s'allonge. Ce mouvement de pivotement du second tronçon 3 vers le premier tronçon 2 symbolise le mouvement de fléchissement d'un membre supérieur humain, avec le rôle actif de rétraction du biceps et celui passif d'extension du triceps. Inversement, un effort de rapprochement des organes d'accrochage et de manipulation 20 du ressort extenseur 15 provoque la rétraction de ce ressort et donc l'extension du membre artificiel 1. Simultanément, le ressort fléchisseur 14 s'allonge. Ce mouvement de pivotement du second tronçon 3 à l'opposé du premier tronçon 2 est assimilable à un mouvement d'extension d'un membre supérieur humain, avec rétraction active du triceps et allongement passif du biceps. Ainsi que cela est illustré sur les figures 1 et 2, les barres 6 et 10 peuvent être chacune équipées d'un passant 30 permettant de passer une sangle (non représentée ici) en vue d'une fixation directe du dispositif sur un bras de l'utilisateur, en face extérieure dudit bras. Dans ce cas, l'action réelle du bras est reproduite sur le dispositif, avec les mouvements d'extension/rétraction des deux ressorts symbolisant les muscles. Aux figures 4 à 9 on a représenté une variante de réalisation de l'invention. Le membre artificiel 1 est identique à celui qui vient d'être décrit en référence aux figures 1 à 3. Ces éléments ont donc été désignés par les mêmes références numériques. Les ressorts formant les muscles artificiels sont réalisés sous la forme de lames 30 élastiquement flexibles. Ces lames sont ici réalisés en un matériau synthétique tel que de la mousse, par exemple en EVA (Ethylène Vinyl Acétate), et leur élasticité propre tend à les rappeler dans une configuration plane. Les lames élastiques 30 sont attelées aux éléments de manipulation, qui sont ici désignés par la référence générale 31. Ces éléments 31 comportent comme précédemment un embout d'accrochage 24 articulé au tronçon concerné par une cheville 26, et un logement 27 pour un doigt de l'utilisateur. Comme cela est mieux visible aux figures 5 à 9, la liaison des lames 30 avec les éléments de liaison 31 permet un montage ou un démontage rapide et fiable. A cet effet, chacune des deux extrémités 32, 33 de chaque lame 30 est percée de trous 34 dans lesquels sont engagés des tétons de fixation 35 équipant l'élément de manipulation 31 concerné. Les tétons 35 sont disposés en saillie d'une face de fixation 36 ménagée sur cet élément en regard de la face 36 homologue de l'autre élément. Les tétons 35 possédent une tête qui est plus large que les trous 34 et qui passe au travers de ces trous en les déformant. Après avoir traversé les trous 34, la tête des tétons 35 forme ainsi une butée s'opposant au retrait de l'extrémité 32, 33 de la lame 30, comme cela est visible à la figure 6. La suite du montage en est facilitée. Conformément aux figures 7 et 8, une plaquette de verrouillage 37 assure un serrage en étau de l'extrémité 32, 33 de la lame 30 contre la face de fixation 36. A cet effet, la plaquette 37 présente des lumières 38 en forme de trou de serrure, comportant une partie large au travers de laquelle passe la tête des tétons 35, comme illustré par la figure 7, et une partie étroite est ensuite placée derrière la tête des tétons 35 lorsque la plaquette 37 est déplacée latéralement, conformément à l'illustration de la figure 8. Les tétons 35 et les lumières 38 forment ainsi un système de verrouillage du type "à baïonnette" permettant un montage et un démontage rapide. L'extrémité 32, 33 de la lame 30 est légèrement écrasée sur son épaisseur par la plaquette 37 qui est ainsi maintenue en position de verrouillage par friction avec les têtes de tétons 35. La distance séparant les faces de fixation 36 de chaque paire d'éléments de manipulation 31 associée à chacune des deux lames élastiques 30 est inférieure à la largeur de ces lames. Les lames élastiques 30 sont donc courbées entre les deux éléments 31. Comme leur élasticité propre tend à les ramener en configuration plane, il s'en suit que les lames 30 se comportent comme des ressorts de compression pré-comprimés. Ce mode d'action en compression de lame 30 est l'inverse de celui des fils élastiques 19 du mode de réalisation des figures 1 à 3 qui eux travaillaient en traction. On pourra aussi utiliser des lames élastiquent flexibles qui au contraire sont agencées de façon à être rappelées par leur élasticité propre dans une configuration notablement galbée, de façon à travailler en traction. On notera que le rapprochement des deux éléments de manipulation 30, et donc des extrémités 32, 33 de la lame 30 concernée, provoque une augmentation de la courbure de la lame, ce qui procure un effet visuel de gonflement Cette effet visuel de gonflement est ici particulièrement opportun dans l'application pédagogique qui est visée, car il symbolise la rétraction du muscle. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, ses caractéristiques essentielles. REVENDICATIONS 1. Dispositif à caractère pédagogique visant à simuler l'articulation anatomique d'un membre supérieur humain entre le bras et l'avant-bras, constitué d'un membre artificiel (1) comportant un premier tronçon (2) symbolisant le bras et un second tronçon (3) symbolisant l'avantbras, ces deux tronçons étant articulés l'un à l'autre autour d'un axe (4) et reliés l'un à l'autre par deux ressorts (14, 15 ; 30) antagonistes disposés de part et d'autre du premier tronçon (2) pour former deux muscles artificiels symbolisant le biceps et le triceps, caractérisé en ce que chaque ressort possède deux extrémités attelées chacune à l'un des deux tronçons par l'intermédiaire d'un élément de manipulation (20 ; 31) permettant à un utilisateur de comprimer avec deux de ses doigts le ressort concerné. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément de manipulation (20 ; 31) possède un logement (27) pour un doigt de l'utilisateur. 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque ressort (14, 15) est constitué par une pluralité de fils élastiques (19) attachés par leurs extrémités aux éléments de manipulation (20). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fils élastiques (19) sont réalisés par paires d'un seul tenant, sous la forme de boucles accrochées à des créneaux (21) ménagés sur les éléments de manipulation (20). 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque ressort est constitué par une lame (30) élastiquement flexible, courbée entre les deux éléments de manipulation (31) qui lui sont associés. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la lame élastiquement flexible (30) est réalisée en mousse. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la lame (30) tend à revenir élastiquement vers une configuration plane. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier tronçon (2) est constitué par une pièce rigide en forme de T ayant une branche principale (6) et une branche secondaire (7) plus petite que la branche principale (6), la branche principale (6) ayant une extrémité (9) opposée à la branche secondaire (7) par laquelle le premier tronçon (2) est articulé au second tronçon (3), et la branche secondaire (7) possédant deux extrémités opposées (16, 17) auxquelles sont accrochés les éléments de manipulation correspondants (20 ; 31). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que, l'axe d'articulation (4) des premier et second tronçons (2, 3) étant situé au voisinage et à distance d'une extrémité du second tronçon, les deux éléments de manipulation correspondants (20 ; 31) sont accrochés à ce second tronçon de part et d'autre de l'axe d'articulation (4). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier tronçon (2) et le second tronçon (3) sont équipés de passants (30) permettant un sanglage direct dudit dispositif sur le bras de l'utilisateur.