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La neuroprothèse d’une main contrôlée par son utilisateur

Démonstration de la capacité de la main à imiter les gestes d'un humain.

Démonstration de la capacité de la main à imiter les gestes d'un humain.

Photo : EPFL/Alain Herzog

Radio-Canada

Une technologie neuroprosthétique mise au point par des ingénieurs suisses permet de coordonner une main robotique avec les mouvements volontaires de son utilisateur.

La Pre Aude Billard et son équipe du Laboratoire d'algorithmes et systèmes d'apprentissage à l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) estiment que leur perfectionnement du processus de saisie de mains robotisées rendra éventuellement la vie plus facile aux personnes amputées.

Un chercheur montre comment fonctionne la main robotisée.

Le chercheur Artoni Fiorenzo montre le fonctionnement de la main robotisée.

Photo : EPFL/Alain Herzog

Leurs travaux associent le contrôle individuel des doigts et l’automatisation, afin d’améliorer la prise et la manipulation des objets.

Quatre chercheurs autour de la main artificielle.

L'équipe suisse à l'origine de ces travaux (la professeure Aude Billard se trouve à droite).

Photo : EPFL/Alain Herzog

Cette technologie associe ainsi deux domaines distincts : la neuroingénierie et la robotique. Elle représente, selon les chercheurs, une première dans le domaine du contrôle des mains robotisées et s’inscrit dans le champ émergent des contrôles partagés en neuroprosthétique.

  • La neuroingénierie permet de déchiffrer les mouvements envisagés par une personne à partir de l’activité musculaire du moignon et de contrôler individuellement les doigts.
  • La robotique permet à la main artificielle d’assister la personne dans la prise des objets et de maintenir le contact pour assurer une saisie ferme.
Démonstration de la capacité de la main à saisir un objet

Démonstration de la capacité de la main à saisir un objet

Photo : EPFL/Alain Herzog

L’équipe a présenté le résultat de son travail en demandant à 10 personnes, dont trois participants amputés, de participer à une démonstration de faisabilité.

Quand vous saisissez un objet dans la main et qu’il commence à vous échapper, vous n’avez que quelques millisecondes pour réagir.

Aude Billard, EPFL

La main robotique, équipée de capteurs de pression le long des doigts, peut intervenir en 400 millisecondes. Elle réagit et stabilise la saisie avant même que le cerveau perçoive le glissement de l’objet, explique la Pre Billard.

Avec l’aide de l’apprentissage automatique

Dans un premier temps, un algorithme apprend comment décrypter l’intention de l’utilisateur, pour la traduire en mouvements sur les doigts de la prothèse. La personne amputée doit réaliser une série de mouvements de la main afin d’entraîner l’algorithme, qui repose sur des principes d’apprentissage automatique.

Un algorithme apprend comment décrypter l’intention de l’utilisateur, pour la traduire en mouvements sur les doigts de la prothèse

Un algorithme apprend comment décrypter l’intention de l’utilisateur, pour la traduire en mouvements sur les doigts de la prothèse

Photo : EPFL/Alain Herzog

L’objectif? Que les capteurs au bout des doigts détectent les signaux provenant des muscles pour que l’algorithme apprenne quel mouvement de la main correspond à quel type d’activité musculaire.

Lorsque cette étape est terminée, l’information peut être exploitée pour contrôler individuellement les doigts de la prothèse.

Les signaux qui proviennent des muscles peuvent être difficiles à interpréter. Nous avons donc besoin d’un algorithme d’apprentissage automatique qui distingue l’activité musculaire pertinente et la traduit en mouvements.

Katie Zhuang, auteure principale de l’étude
La chercheuse Katie Zhuang, auteure principale de l’étude, et la main artificielle

La chercheuse Katie Zhuang, auteure principale de l’étude, et la main artificielle

Photo : EPFL/Alain Herzog

Les scientifiques ont modifié l’algorithme pour que l’automatisation robotique prenne le relais lorsque l’utilisateur tente de saisir quelque chose. Dans ce cas précis, l’algorithme ordonne à la prothèse de refermer ses doigts quand les capteurs entrent en contact avec un objet.

Démonstration de la capacité de la main à se refermer sur elle-même

Démonstration de la capacité de la main à se refermer sur elle-même

Photo : EPFL/Alain Herzog

Cette opération automatique est adaptée de précédents travaux sur les bras robotisés, conçus pour déduire la forme des objets et les agripper sur la base exclusive d’informations tactiles sans apports de signaux visuels.

Si ces résultats laissent entrevoir un avenir meilleur pour les personnes amputées, il reste encore plusieurs étapes à réaliser – et quelques années de travail – avant que l’algorithme puisse être utilisé dans une prothèse de main offerte aux personnes amputées.

Le détail de ces travaux est publié dans la revue Nature Machine Intelligence (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

Intelligence artificielle

Science