Contrôler deux bras robotiques par la pensée, et même manger avec !

Des bras robotiques connectés directement au cerveau d'un homme partiellement paralysé lui permettent de se nourrir

Une expérience publiée le 28 juin 2022 développe le fonctionnement d’un mécanisme robotique permettant de découper, saisir, manger, par la pensée.

L’expérience décrite

Deux bras robotiques, l’un tenant une fourchette dans une main, l’autre un couteau, encadrent un homme assis devant une table, avec une part de gâteau dans une assiette. 

Une voix informatisée détaille chacune des actions :

  • « déplacer la fourchette vers la nourriture »
  • « rétracter le couteau »

Partiellement paralysé, l’homme parvient à faire des mouvements subtils avec ses mains droites et gauches, comme « sélectionner l’emplacement de la découpe », de sorte que la machine ne coupe un morceau que de la taille d’une bouchée. 

Puis : « porter la nourriture à la bouche » et, via un autre geste précis, aligner la fourchette avec sa bouche.

En moins d’une minute trente, une personne dont la mobilité du haut du corps est très limitée, et qui n’a plus pu utiliser ses doigts depuis une trentaine d’années, a mangé une part de gâteau, en utilisant son esprit, et des mains robotiques.

Bras robotiques controle pensée humain paralysé Ariel Paper 2022

Un article publié 28 juin 2022

Une équipe américaine vient de publier un article dans la revue Frontiers in Neurorobotics, décrivant ce nouvel exploit utilisant une interface cerveau-machine (IMC), et une paire de membres robotiques modulaires.

Cette équipe est dirigée et comprend des chercheurs du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) (Maryland), et du Département de médecine physique et de réadaptation (PMR) de la Johns Hopkins School of Medicine.

Aussi appelés interfaces neuronales directes, les interfaces cerveau-machine, via les systèmes BMI, fournissent un lien de communication direct entre le cerveau et un ordinateur, qui décode alors les signaux neuronaux, pour les traduire et exécuter diverses fonctions externes, du déplacement d’un curseur sur un écran à découper et manger une part de gâteau. 

Dans cette expérience, les signaux du cerveau ont aidé à contrôler ces prothèses robotiques.

Schéma de controle neuronal robotique bras Ariel Paper 2022

Une approche nouvelle plus simple

L’étude s’appuie sur plus de 15 ans de recherche en neuroscience, en robotique et en logiciels, menée par l’APL (Applied Physics Laboratory) en collaboration avec le Département de médecine physique et de réadaptation, dans le cadre du programme Revolutionizing Prosthetics, initialement parrainé par la célèbre DARPA. 

Ce nouvel article décrit un nouveau modèle de contrôle qui permet à un humain de manœuvrer une paire de prothèses robotiques, avec un apport mental minimal.

« Cette approche de contrôle partagé vise à tirer parti des capacités intrinsèques de l’interface cerveau-machine, et du système robotique, créant un environnement avec « le meilleur des deux mondes », où l’utilisateur peut personnaliser le comportement d’une prothèse intelligente »

« Bien que nos résultats soient préliminaires, nous sommes ravis de donner aux utilisateurs ayant des capacités limitées un véritable sentiment de contrôle sur des machines d’assistance de plus en plus intelligentes »

Dr Francesco Tenore, un chef de projet senior au sein de la Direction Recherche et Développement Exploratoire d’APL

L’une des avancées les plus importantes en terme de robotique démontrée dans cette expérience est la combinaison de l’autonomie du robot avec une intervention humaine plus limitée, la machine effectuant la majeure partie du travail, tout en permettant à l’utilisateur de personnaliser le comportement du robot selon ses critères, selon le Dr David Handelman, auteur de l’article ,et roboticien senior à la Branche Systèmes Intelligents du Département Recherche et Développement Exploratoire.

« Pour que les robots puissent effectuer des tâches de type humain, pour des personnes aux fonctionnalités réduites, ils auront besoin d’une dextérité semblable à celle d’un humain. 

La dextérité humaine nécessite un contrôle complexe d’un squelette de robot complexe. Notre objectif est de permettre à l’utilisateur de contrôler facilement les quelques éléments les plus importants pour des tâches spécifiques. »

Dr David Handelman

La prochaine étape

La prochaine itération expérimentale pourrait intégrer d’autres sujets de recherches, ayant révélé que la stimulation sensorielle des amputés leur permettait de percevoir leur membre « fantôme », mais aussi d’utiliser ces signaux de mouvement musculaire pour contrôler une prothèse. 

La théorie est que l’ajout d’un retour sensoriel, transmis directement au cerveau d’une personne, peut l’aider à effectuer certaines tâches sans nécessiter le retour visuel constant dans l’expérience en cours.

« Cette recherche est un excellent exemple de cette philosophie où nous savions que nous avions tous les outils pour démontrer cette activité bimanuelle complexe de la vie quotidienne que les personnes non handicapées tiennent pour acquise. De nombreux défis restent à relever, notamment une meilleure exécution des tâches, en termes de précision et de synchronisation, et un contrôle en boucle fermée sans besoin constant de retour visuel. »

Francesco Tenore

« Les recherches futures exploreront les limites de ces interactions, même au-delà des activités de base de la vie quotidienne. »

Pablo Celnik

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