La main prothétique sait exactement à quelle force elle peut presser des objets en toute sécurité
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Des chercheurs de l'Université Johns Hopkins ont mis au point une meilleure prothèse de main qui utilise une conception hybride pour saisir soigneusement divers objets avec juste la bonne quantité de pression.
L'appendice robotique combine des composants rigides et souples pour imiter la structure naturelle de la main humaine, ainsi qu'une série de capteurs et un système pour transmettre des informations aux nerfs de l'utilisateur. Lors d'expériences, il a réussi à saisir et à manipuler 15 objets différents, dont des peluches délicates, des boîtes en carton, des ananas, des bouteilles d'eau en métal et même un fragile gobelet en plastique rempli d'eau, sans les cabosser ni les endommager.
« Nous voulons donner aux personnes amputées d'un membre supérieur la possibilité d'interagir librement et en toute sécurité avec leur environnement, de sentir et de tenir leurs proches dans leurs bras sans craindre de les blesser », explique Sriramana Sankar, doctorante en génie biomédical qui a dirigé le projet de recherche. Sankar a présenté ces résultats dans son article de premier auteur, paru dans Science Advances cette semaine .
La main bionique saisit comme un humain
La prothèse ressemble beaucoup à une main humaine, avec cinq doigts articulés fabriqués à partir de polymères souples semblables à du caoutchouc et un squelette rigide imprimé en 3D. Trois couches de capteurs tactiles bio-inspirés lui permettent de saisir et de distinguer correctement une grande variété d'objets. Les doigts sont dotés d'articulations remplies d'air qui peuvent être contrôlées avec les muscles de l'avant-bras.
Un aperçu des différents éléments de la main adroite du robot
« Les informations sensorielles transmises par les doigts sont traduites dans le langage des nerfs pour fournir un retour sensoriel naturel par stimulation électrique des nerfs », explique Sankar. Cela est possible grâce à des algorithmes d'apprentissage automatique qui concentrent les signaux des capteurs avant qu'ils ne soient redirigés vers les nerfs du corps de l'utilisateur, comme c'est le cas pour d'autres prothèses.
Ces signaux relient le cerveau et les nerfs, permettant à la main de réagir à ce qu'elle touche. Ce système permet de créer une main robotique plus intuitive et plus proche de la réalité que les tentatives similaires que nous avons déjà vues.
Actuellement, la main robotisée peut être contrôlée à l'aide de signaux EMG, qui sont traditionnellement utilisés par les personnes ayant perdu un membre supérieur pour contrôler les prothèses myoélectriques de la main. Un dispositif de contrôle gestuel de 150 dollars US appelé Myo Armband capte et classe les signaux EMG, et les positions de la main sont envoyées à un microcontrôleur Arduino pour l'actionnement pneumatique de la main robotisée.
La main robotique est contrôlée à l'aide de signaux EMG via un dispositif de contrôle gestuel (en haut)
« Si vous tenez une tasse de café dans vos mains, comment savez-vous que vous êtes sur le point de la faire tomber ? », a déclaré Nitish Thakor, qui a dirigé l'étude. « La paume de votre main et le bout de vos doigts envoient des signaux à votre cerveau pour lui indiquer que la tasse glisse. Notre système est inspiré des neurones : il modélise les récepteurs tactiles de la main pour produire des messages de type nerveux afin que le « cerveau » de la prothèse, ou son ordinateur, comprenne si quelque chose est chaud ou froid, mou ou dur, ou s'il glisse de la prise. »
Cela va bien plus loin que les efforts précédents que nous avons vus dans le domaine des prothèses. L'année dernière, des scientifiques italiens ont présenté un moyen de détecter la température des objets avec lesquels une main prothétique entre en contact . Et en 2021, un projet conjoint entre le MIT et l'université Jiao Tong de Shanghai a démontré une main prothétique qui gonfle avec précision des doigts individuels fabriqués dans un élastomère souple pour saisir des objets et fournir un retour tactile.
La main prothétique est capable de plusieurs types de prises différentes
Cette nouvelle main pourrait permettre de fabriquer des prothèses plus précises et plus naturelles pour les amputés, et également d’offrir une plus grande dextérité aux robots humanoïdes chargés de manipuler des objets délicats dans votre maison et sur la chaîne de montage pour construire davantage de robots .
L’équipe continuera à développer cet appareil en explorant l’ajout de forces de préhension plus fortes, de plus de capteurs et de matériaux de meilleure qualité.