Vers un contrôle naturel des membres robotisés
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Des chercheurs de l'Istituto Italiano di Tecnologia en Italie et de l'Imperial College de Londres au Royaume-Uni démontrent le lien entre les mouvements de la main et du cerveau, ouvrant la voie à la conception de membres bioniques qui semblent naturels aux utilisateurs. L'étude a été publiée dans Science Robotics et financée par le Conseil européen de la recherche.
Des chercheurs de l'Institut italien de technologie (Istituto Italiano di Tecnologia) et de l'Imperial College de Londres (Royaume-Uni) ouvrent la voie à la conception de membres bioniques qui procurent une sensation naturelle aux utilisateurs. Ils démontrent le lien entre les schémas de mouvement de la main et les schémas de contrôle des motoneurones. L'étude, publiée dans Science Robotics , présente également l'application de ces résultats à une prothèse de main souple, qui a été testée avec succès par des personnes souffrant de déficiences physiques.
L'étude est le fruit de la collaboration de deux équipes de recherche, l'une de l'Istituto Italiano di Tecnologia (Institut italien de technologie) de Gênes, en Italie, dirigée par Antonio Bicchi, et l'autre de l'Imperial College de Londres, au Royaume-Uni, dirigée par Dario Farina. Elle est le résultat du projet « Natural BionicS » financé par le Conseil européen de la recherche (ERC) dont l'objectif est d'aller au-delà du modèle des membres prothétiques actuels, qui sont souvent abandonnés par les patients car ils ne répondent pas de manière « naturelle » à leurs besoins de mouvement et de contrôle.
Pour que le système nerveux central reconnaisse le membre bionique comme « naturel », il est essentiel que la prothèse interagisse avec l’environnement de la même manière qu’un membre réel. C’est pourquoi les chercheurs estiment que les prothèses devraient être conçues en s’appuyant sur la théorie des synergies sensorimotrices et des technologies de robotique souple, proposées pour la première fois par le groupe d’Antonio Bicchi à l’IIT, comme la main robotique Soft-Hand. Si une interface de sensation naturelle entre notre système nerveux et un corps artificiel est établie, les implications pourraient aller au-delà des prothèses – par exemple pour permettre une intégration transparente des humains avec des pièces de robot pour nous assister, nous autonomiser et nous développer.
L'étude publiée sur Science Robotics montre pour la première fois que deux structures fondamentales qui organisent notre corps, à savoir les synergies au niveau des motoneurones spinaux et celles au niveau des comportements des mains, sont liées. Les synergies sont les schémas coordonnés d'activation musculaire et de mouvements articulaires du corps humain.
Les chercheurs ont découvert que les postures des mains peuvent être interprétées comme les résultats observables des structures neuronales sous-jacentes au sein du système nerveux central. Ces structures peuvent être consultées et décodées à l’aide d’algorithmes avancés appliqués aux signaux électriques produits par nos muscles.
Ces signaux sont la manifestation périphérique de l’activité des cellules neuronales de la moelle épinière qui pilotent les contractions musculaires. Une fois l’activité de ces cellules décodée, il est possible d’identifier les groupes de cellules spécifiques qui sous-tendent le comportement de la main. Cette avancée permet non seulement d’améliorer la compréhension des mécanismes neuronaux qui pilotent le contrôle moteur, mais ouvre également de nouvelles voies pour le développement d’interfaces homme-machine plus intuitives et plus efficaces.
Les chercheurs peuvent désormais co-concevoir des mains robotisées multi-synergiques et des algorithmes de décodage neuronal, permettant aux utilisateurs de prothèses d’obtenir un contrôle naturel pour couvrir une infinité de postures et exécuter des tâches adroites, y compris la manipulation à la main, ce qui n’est pas possible avec d’autres approches.
Plus précisément, les chercheurs ont conçu une main prothétique souple à deux degrés d’actionnement, lui permettant d’effectuer des postures guidées par deux synergies posturales principales. Cette conception innovante a été testée dans des scénarios en temps réel avec 11 participants sans déficience physique et trois utilisateurs de prothèses.
Pour obtenir un contrôle sans faille, l’équipe a développé une méthode en ligne avancée qui cartographie les synergies neuronales décodées dans le fonctionnement continu de la main prothétique à deux synergies. Les résultats ont démontré que l’intégration des synergies neuronales et posturales permet un contrôle précis, naturel et coordonné des actions multi-digitaux. Cette approche garantit non seulement des mouvements plus fluides et plus intuitifs, mais représente également une avancée significative dans la création de dispositifs prothétiques qui imitent étroitement la fonctionnalité et la fluidité des membres naturels.
De telles avancées ont des implications profondes pour améliorer la qualité de vie des utilisateurs de prothèses, leur offrant une plus grande autonomie et une connexion plus naturelle avec leurs membres artificiels.
https://opentalk.iit.it/en/towards-a-natural-control-of-robotic-limbs/