KNEESENSE : un système portable peu coûteux avec capteur à filament hydraulique pour le suivi en temps réel de la rééducation du genou

Pourquoi surveiller votre genou à la maison est important

Les blessures au genou figurent parmi les problèmes les plus courants chez les sportifs, les travailleurs et les personnes âgées. Une récupération complète demande généralement des semaines d’exercices encadrés, mais dans de nombreux endroits il y a trop peu de cliniques, de longs temps de trajet ou des coûts élevés. Cet article présente un système portable simple et peu coûteux qui transforme un genouillère ordinaire en moniteur intelligent, permettant aux personnes de suivre la qualité de la flexion et de l’extension du genou pendant les exercices de rééducation à domicile — améliorant potentiellement la récupération tout en réduisant la dépendance aux visites en clinique.

Une idée simple pour un grand besoin mondial

Des milliards de personnes pourraient bénéficier de la rééducation, pourtant dans de nombreux pays à revenu faible ou intermédiaire plus de la moitié n’y ont jamais accès. Les problèmes de genou — qu’il s’agisse de blessures sportives, de tensions liées au travail ou d’accidents de la route — sont particulièrement répandus. La rééducation traditionnelle exige des séances fréquentes en personne, et même lorsque les patients rentrent chez eux avec des exercices, il est difficile de savoir s’ils bougent correctement ou s’ils progressent. Les appareils de surveillance à domicile existants sont souvent trop chers, inconfortables ou nécessitent des composants électroniques rigides qui ne suivent pas naturellement les mouvements du corps. Les auteurs se sont donné pour objectif de concevoir quelque chose de différent : un outil souple, abordable et portable capable de suivre de manière fiable le mouvement du genou en contexte quotidien.

Transformer de l’eau et un ressort en capteur intelligent

Au cœur du système se trouve un petit dispositif appelé capteur portable à filament hydraulique (WHFS), constitué d’un tube en silicone souple rempli de liquide et enroulé dans un ressort métallique. Lorsque le genou se plie, la genouillère étire le tube, modifiant la pression du liquide à l’intérieur. Cette pression est détectée par un petit capteur logé dans une boîte distincte clipée à la taille de l’utilisateur. Comme le ressort extérieur limite la manière dont le tube peut se dilater, la majeure partie du déplacement du liquide se traduit par une variation de pression nette plutôt que par une déformation aléatoire. Les chercheurs ont étudié attentivement l’interaction entre le tube et le ressort — combien ils s’allongent, comment la pression augmente et diminue, et comment ce comportement évolue sur des cycles répétés — afin de déterminer les meilleures dimensions et matériaux.

Ajustements pour la précision, le confort et la durabilité

L’équipe a testé quatre configurations différentes du couple tube-ressort, en faisant varier des facteurs comme la raideur du ressort et l’épaisseur du tube. Ils ont mesuré la mémoire des mouvements passés du capteur (hystérésis), sa sensibilité aux petites extensions et la stabilité des lectures après 100 cycles de flexion. Une configuration s’est distinguée en combinant faible erreur, sensibilité modérée et très peu de perte de performance dans le temps. Elle pouvait détecter des mouvements aussi petits que 0,2 millimètre, suffisamment fin pour discriminer des variations d’angle du genou d’intérêt clinique. Les chercheurs ont ensuite modélisé la relation entre pression et allongement, puis entre allongement et angle du genou, en utilisant une courbe mathématique leur permettant de convertir la pression brute en un angle de flexion simple à interpréter.

De la pression brute à une application utilisable

Pour transformer ce capteur en outil pratique de rééducation, les auteurs ont construit un système complet autour de celui-ci. La genouillère avec le WHFS se connecte via un tube fin à une boîte contenant un capteur de pression, une batterie, un module Bluetooth et une petite valve qui gère automatiquement l’eau dans le tube. Une application pour smartphone reçoit les données de pression, les convertit en angles du genou en temps réel et affiche un graphique mobile simple du mouvement de l’utilisateur. Parce que la forme des jambes varie d’une personne à l’autre, l’application guide l’utilisateur à travers une courte routine d’étalonnage utilisant quatre positions fixes du genou. Elle se sert ensuite de ces points de référence pour personnaliser la relation pression–angle pour cette personne. Lors d’essais en laboratoire sur un modèle de jambe imprimé en 3D, le système a estimé les angles du genou avec seulement environ 4 degrés d’erreur sur une large amplitude de mouvement, ce qui est comparable à de nombreux dispositifs beaucoup plus coûteux.

Ce que cela pourrait signifier pour la récupération au quotidien

Pour un patient blessé ou un thérapeute très occupé, le critère le plus important est de savoir si un tel dispositif peut rendre la rééducation plus accessible et plus efficace. Le système proposé coûte seulement quelques dizaines de dollars, est souple et léger, et peut transmettre sans fil l’information d’angle du genou vers un téléphone en temps réel. Bien qu’il ait été démontré jusqu’à présent sur un volontaire sain et des modèles de laboratoire plutôt que sur de larges cohortes de patients, les résultats montrent qu’un simple filament rempli d’eau et un ressort peuvent rivaliser avec des électroniques plus complexes pour le suivi du mouvement du genou. Avec des améliorations et des essais cliniques supplémentaires, cette approche pourrait contribuer à apporter une rééducation du genou guidée et fondée sur les données au domicile des personnes, en particulier dans les régions où l’accès aux soins spécialisés est limité.

Citation: Phan, N.A., Ngo, S.T., Phan, M.T. et al. KNEESENSE: a low-cost wearable system with hydraulic filament sensing for real-time knee rehabilitation monitoring. Sci Rep 16, 12572 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42424-z

Mots-clés: rééducation du genou, capteurs portables, thérapie à domicile, robotique souple, détection hydraulique