Contrôle adaptatif d'un bioréacteur cardiaque par algorithme génétique

Un bon fonctionnement du coeur humain est primordial pour maintenir une bonne qualité de vie. Cependant, lorsque le coeur est défaillant, certaines interventions chirurgicales s’avèrent nécessaires pour prolonger l’espérance de vie. Dans le cadre d’un projet multidisciplinaire reliant le génie mécanique avec le domaine biomédical, notre équipe travaille sur la fabrication de valves cardiaques conçues entièrement par génie tissulaire. Pour y parvenir, il est important d’obtenir des propriétés mécaniques optimales pour les tissus biologiques. Afin d’obtenir ces propriétés mécaniques, un outil important a été fabriqué lors d’une étude antérieure : le bioréacteur cardiaque. Le bioréacteur cardiaque permet de reproduire l’environnement physiologique du coeur, notamment les conditions de débit et de pression. Il est crucial de bien contrôler ces conditions, car celles-ci jouent un rôle important lors du conditionnement des substituts valvulaires. Toutefois, il est complexe de contrôler simultanément ces deux conditions de manière efficace. C’est pourquoi notre équipe s’est concentrée sur le développement d’une nouvelle stratégie de contrôle afin que le bioréacteur puisse reproduire le plus fidèlement possible l’environnement physiologique. Plusieurs techniques de contrôle ont été essayés jusqu’à maintenant. Par contre, leur précision était généralement limitée. Une nouvelle approche a donc été envisagée et est présentée dans ce mémoire. Cette nouvelle approche pour le contrôle du bioréacteur est basée sur un type d’algorithme bien connu mais encore très peu utilisé en contrôle : les algorithmes génétiques. Cette approche prometteuse nous a permis de produire des résultats dépassant tous ceux obtenus jusqu’à maintenant pour l’une des deux conditions, soit le débit physiologique.

A proper functioning of the human heart is essential for maintaining a good quality of life. However, when the heart fails, some surgical procedures are necessary to prolong life expectancy. As part of a multidisciplinary project linking mechanical engineering to biomedical science, our team is working on the manufacture of heart valves entirely designed by tissue engineering. To achieve this, obtaining optimum mechanical properties is an important aspect for the biological tissues. To obtain these mechanical properties, an important tool was designed in a previous study : the cardiac bioreactor. Cardiac bioreactors allow the reproduction of the physiological environment of the heart, including flow and pressure conditions. It is crucial to properly control these conditions, as they play an important role in valvular substitutes conditioning. However, it is complex to simultaneously control both conditions effectively. This is why our team has focused on developing a new control strategy so that the bioreactor can reproduce as faithfully as possible the physiological environment. Several control techniques have been experimented so far. However, accuracy was generally limited. So, a new approach has been considered and is presented here. This new approach is based on a well-known optimisation technique that is still quite unusual for control: genetic algorithms. This promising approach has allowed us to produce unprecedented results for one of the two conditions, the physiological flow.