Dans quelle mesure un bras robotique autonome peut-il être perçu comme une partie intégrante du corps ?
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Lorsque les prothèses de bras autonomes pilotées par l'IA se généraliseront, il sera crucial de comprendre comment les gens les perçoivent et les acceptent. Dans une étude publiée dans Scientific Reports , des scientifiques ont utilisé la réalité virtuelle pour simuler une situation où le bras d'un participant était remplacé par une prothèse robotisée. Ils ont ainsi examiné l'influence de la vitesse de mouvement de la prothèse sur le sentiment d'incarnation, notamment le sentiment d'appropriation corporelle, la sensation d'autonomie, la facilité d'utilisation et les impressions sociales liées au robot, telles que la compétence et l'inconfort.
Les chercheurs ont constaté que des mouvements trop rapides ou trop lents réduisaient la sensation d'appropriation et d'utilisation du corps, tandis qu'une vitesse modérée proche du mouvement naturel d'une personne, avec une durée d'environ une seconde, produisait les impressions les plus positives.
Lorsqu'une personne perd une main ou un bras, les prothèses sont des technologies essentielles au maintien de ses aptitudes quotidiennes. À ce jour, la plupart des recherches en prothèses se sont concentrées sur les méthodes de contrôle permettant à la prothèse de bouger selon les intentions de l'utilisateur, souvent grâce à l'utilisation de biosignaux tels que l'électromyographie (EMG) et l'électroencéphalographie (EEG), et sur l'amélioration de la précision de ce contrôle.
Parallèlement, les progrès de l'apprentissage automatique et de l'intelligence artificielle rendent de plus en plus réaliste l'idée que les prothèses futures pourront évaluer la situation et apporter une assistance grâce à des mouvements autonomes ou semi-autonomes. Cependant, lorsqu'une partie du corps bouge indépendamment de la volonté de la personne, celle-ci risque de le vivre comme une expérience déstabilisante ou étrangère à son propre corps, ce qui constitue un obstacle majeur à son acceptation.
Pour aborder cette question, des travaux antérieurs ont suggéré que même si un membre bouge de lui-même, l'inconfort peut être réduit et l'acceptation comme faisant partie du corps peut augmenter lorsque le but ou l'intention du mouvement est compréhensible.
Une barre physique a été placée devant le participant et reproduite en réalité virtuelle afin d'empêcher toute tentative de contact direct et de garantir que l'acquisition de la cible dépende de la flexion du bras prothétique. Crédit : Université de technologie de Toyohashi.
Passer du contrôle au confort
S’appuyant sur cette idée, Harin Manujaya Hapuarachchi et ses collègues (Hapuarachchi était doctorant au moment de l’étude et est maintenant professeur adjoint à l’École d’informatique de l’Université de technologie de Kochi) se sont concentrés sur la vitesse de déplacement.
En réalité virtuelle, ils ont présenté un avatar dont l'avant-bras gauche était remplacé par une prothèse, et les participants ont effectué une tâche de préhension.
Le bras prothétique (un avant-bras virtuel) se fléchissait automatiquement vers une cible, et les chercheurs ont fait varier systématiquement la durée de ce mouvement sur six niveaux (de 125 ms à 4 s). Après chaque condition, les participants ont évalué le sentiment d'appropriation corporelle, le sentiment d'agentivité, la facilité d'utilisation (SUS: Sense of agency, usability) et leurs impressions sociales concernant le robot (RoSAS : compétence, chaleur et inconfort).
Les résultats étaient clairs :
- À une vitesse modérée (durée du mouvement de 1 s), l'appropriation du corps, l'autonomie et la facilité d'utilisation étaient maximales.
- Dans les conditions les plus rapides (125 ms) et les plus lentes (4 s), la propriété corporelle, l'agence et l'utilisabilité étaient significativement plus faibles.
- Le sentiment de compétence était plus élevé à des vitesses modérées à légèrement supérieures, tandis que l'inconfort était maximal à la vitesse la plus élevée. La sensation de chaleur ne présentait pas de corrélation claire avec la vitesse.
Leçons de conception pour les prothèses futures
Ces résultats indiquent que, dans un avenir où les prothèses dotées d'intelligence artificielle fourniront une assistance autonome, il ne suffit pas de viser uniquement des performances plus rapides et plus précises. La vitesse de mouvement doit plutôt être conçue pour correspondre à ce que les personnes peuvent naturellement accepter comme faisant partie intégrante de leur propre corps.
Ces découvertes pourraient éclairer non seulement la conception de prothèses de bras autonomes, mais aussi d'autres formes d' augmentation corporelle robotique , telles que les membres robotiques surnuméraires, les exosquelettes et les robots portables, qui fonctionnent comme des extensions fonctionnelles du corps.
Pour l'avenir, l'équipe étudiera également l'adaptation et l'apprentissage liés à une utilisation prolongée. Les utilisateurs peuvent finir par percevoir les outils familiers comme s'ils faisaient partie intégrante de leur corps. Si un dispositif robotique rapide et précis est utilisé régulièrement au quotidien, il peut devenir « normal », plus facile à utiliser et s'intégrer plus naturellement à leur environnement.
Selon l'équipe, l'utilisation de la réalité virtuelle est importante car elle permet aux chercheurs de simuler en toute sécurité des technologies prothétiques et des systèmes de contrôle qui ne sont pas encore largement disponibles, permettant ainsi d'évaluer à l'avance les exigences psychologiques, d'acceptation et de conception.