Design du robot chirurgical ROSA de ZIMMER BIOMET Robotics

28/01/2018

Design industriel du robot chirurgical Zimmer Biomet Rosa

Zimmer Biomet Robotics est un des leaders mondial des solutions de santé musculo-squelettique, entreprise innovante en robotique médicale. Son objectif est d’imposer mondialement un concept de robot d’opération crânienne et du rachis. Blanc Tailleur Design R&D intervient comme designer ergonome et bureau d’études mécanique pour pré-industrialiser le robot et lui permettre d’obtenir les normes médicales.

Le challenge : concevoir un robot chirurgical caméléon

Zimmer Biomet Robotics souhaite concevoir un robot médical spécialisé dans les opérations du crâne et du rachis. Le ROSA est une plateforme robotique de guidage laser qui se décline en applications diverses en fonction du type d’opération chirurgicale : Rosa Brain pour le cerveau, Rosa Spine pour le squelette et Rosa Knee pour les genoux.

Le défi était d’imaginer un robot qui soit le bras droit du chirurgien, sans le remplacer et sans gêner l’équipe opératoire, car le but est bien d’améliorer la précision du geste du médecin tout en le sécurisant.

Pour Blanc Tailleur Design R&D, le challenge à relever pour designer ce robot chirurgien est multiple :

• Imaginer un concept “caméléon” adapté aux configurations différentes entre l’opération crânienne et l’opération du rachis.
• Concevoir un robot chirurgical
  • ergonomique, c’est-à-dire qui s’inscrive facilement dans le workflow d’un bloc opératoire ;
  • anticipant la norme IEC 60601 pour réussir la certification avec le livrable de Blanc Tailleur.
  • et industrialisable, c’est-à-dire qui puisse être construit en grande quantité à des coûts raisonnables.
• Le robot doit permettre de simplifier le processus de travail de l’équipe opératoire.
• Il faut concevoir et designer toute la mécanique pour satisfaire au marquage CE médical et livrer sous 18 mois un prototype afin de sécuriser le délai de commercialisation.

Le process : le design thinking (UX) au service de l’innovation

Méthodologie utilisée

Nous centrons l’étude sur les “insights” issus des observations et interviews de l’équipe opératoire. À partir de ces insights nous réalisons des brainstormings qui se concrétisent par des maquettes échelle 1 permettant de co-construire et tester. En parallèle, notre agence de design industriel intégrant un bureau d’étude analyse les critères normatifs et rigidité permettant la précision.

Compétences internes et métiers mis en œuvre

L’aspect robotique a été géré par Zimmer Biomet Robotics, tandis que Blanc Tailleur Design R&D s’est concentré sur la partie mécanique et le design. L’agence a, comme souvent, été un maillon du design thinking dans la conception de ce robot chirurgical innovant et intuitif.
L’agence de Design Industriel a la capacité de répondre, au sein d’une seule et même équipe, aux besoins du client en termes d’ergonomie, de design et de précision mécanique, tout en anticipant les écueils normatifs, c’est la garantie de délai courts.
En effet, le dispositif médical doit respecter des normes. Il doit être robuste, stable ,résistant notamment à l’eau et ergonomique pour ne pas présenter un danger à l’utilisation.

Les grandes étapes

La première phase consiste en une analyse globale pour recueillir les insights, identifier les freins, les opportunités, les risques et les enjeux techniques. Les designers et ingénieurs ont été en contact avec les chirurgiens, futurs utilisateurs, en immersion dans le bloc opératoire.

En phase d’idéation l’équipe a maquetté une salle d’opération à l’échelle 1, où l’équipe projet et les chirurgiens pourront simuler une opération avec des maquettes sommaires. Les ingénieurs, comme les médecins, pourront ainsi se projeter de manière beaucoup plus concrète.

La créativité est réalisée par une équipe pluridisciplinaire, designers, ingénieurs, experts médicaux. Elle a permis de définir le concept d’architecture du robot médical. En effet, le dispositif devait respecter des recommandations techniques. Comme la réflexion était menée de concert sous un même toit, les idées pouvaient être validées ou non au fur et à mesure.

Le Design et la R&D vont travailler de concert pour concrétiser le concept à l’échelle 1 et permettre de l’optimiser lors de workshops de mise en situation autour des use cases (cas d’usages).

La R&D mène une étude de faisabilité pour lever les risques.
La conception mécanique relève du travail des ingénieurs qui vont travailler par exemple sur la stabilisation au sol ou l’intégration des composants.
Une fois l’usage, le style, la technique et les coûts validés, le projet passe à l’étape suivante.
En parallèle les designers et ergonomes travaillent le style et optimisent l’ergonomie.

En phase de Développement détaillé, Blanc Tailleur Design R&D accompagne Medtech (Zimmer Biomet Robotics) pour concevoir un dispositif à coûts objectif prêt pour la certification et la fabrication en série.

Point fort de la collaboration pour Blanc Tailleur Design R&D

Sur ce projet, des défis de taille ont été relevés, pour répondre à la demande de Zimmer Biomet. Le ROSA 2 devait ainsi, pouvoir repérer le crâne mais aussi le rachis de la colonne vertébrale. Or le rachis est mobile : le robot devait donc être muni d’une caméra qui lui permette d’épouser les mouvements du patient.

L’intégration elle-même de cette caméra était un vrai challenge et le positionnement a dû évoluer au regard de la demande. La maquette à l’échelle 1:1 a permis de se rendre compte que la caméra devait être sur un pied séparé, afin d’offrir plus de souplesse et de mobilité au robot comme au chirurgien.

Le résultat : un robot médical innovant au succès immédiat

L’imagerie médicale, croisée avec la robotique, permet de pratiquer des opérations mini-invasives d’une grande précision. Le Rosa est pensé pour être adaptable à des opérations très différentes les une des autres et se décline en une large gamme: Crâne, rachis, genoux et hanches.
La méthode utilisée a permis d’arriver rapidement à un concept innovant et cohérent avec le besoin d’usage (l’opération du rachis et du crâne) et normatif (la certification CE médicale). Le prototype a été livré dans les délais et a permis le marquage CE dans la foulée, sésame aux essais cliniques sur patient puis à la commercialisation.
Le robot Rosa est tout de suite un succès sur son marché et obtient de nombreux prix.