Contrôle biomimétique d’une prothèse de bras à partir de mouvements naturels

Résultats scientifiques Neuroscience, cognition

Les prothèses robotiques de bras ont beaucoup progressé mais leur contrôle par une personne amputée reste un problème majeur. Dans un article publié dans Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, les scientifiques ont développé un contrôle original basé sur la reconstruction des articulations manquantes chez l’amputé à partir des mouvements résiduels de moignons et d’information contextuelles. Ils démontrent qu’un réseau de neurones artificiels entrainé sur des mouvements naturels permet de reconstruire les articulations manquantes de manière à contrôler quasi normalement un avatar de bras en réalité virtuelle.

Bien que les prothèses robotiques de bras aient beaucoup progressé ces dernières années, le contrôle de leurs multiples articulations par une personne amputée reste à ce jour un problème majeur. Alors que la majorité des recherches pour améliorer le contrôle des prothèses se focalise sur le contrôle myoélectrique basé sur l’activité des muscles restants, les chercheurs ont développé dans cette étude une alternative prometteuse visant à exploiter les mouvements résiduels de moignon bien plus fiables et faciles à interpréter que des signaux musculaires sujets au bruit et à de nombreux artefacts.

Ayant par ailleurs développé des outils de vision artificiel permettant d’établir l’intention de saisir un objet ainsi que sa position dans l’espace, ils montrent ici que ces informations ajoutées aux mouvements d’épaules permettent à un réseau de neurones artificiels entrainé sur des mouvements naturels de très bien reconstruire les articulations manquantes chez une personne amputée au-dessus du coude. En effet, les prédictions de ce réseau de neurones ont permis à des sujets valides d’attraper en réalité virtuelle des bouteilles de positions et orientations variées avec des performances comparables à celles de leur vrai bras, alors que 4 articulations distales (du coude jusqu’au poignet inclus) étaient contrôlées sur la base de ces prédictions.

Cette preuve de concept en réalité virtuelle est ainsi très prometteuse pour le contrôle des prothèses destinées à des amputés au niveau de l’humérus, pour qui ces 4 articulations distales sont absentes. Un important travail d’intégration reste à faire avant de pouvoir proposer des options de contrôle viables pour les personnes amputées sur la base de ce principe. Outre leur intérêt évident pour le contrôle des prothèses, ces travaux offres de nombreuses perspectives dans le domaine de la robotique d’assistance et des interfaces homme-machine.

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© Aymar de Rugy
Figure : Gauche : Un sujet en environnement virtuel doit attraper des bouteilles de positions et orientations variées avec un avatar de bras contrôlé par les mouvements de son vrai bras Droite : Un réseau de neurones artificiels est ensuite entrainé sur ces mouvements naturels et utilisé pour reconstruire le mouvement des articulations d’une prothèse contrôlée par une personne amputée (illustration virtuelle).
 

Pour en savoir plus :
Shoulder kinematics plus contextual target information enable control of multiple distal joints of a simulated prosthetic arm and hand.
Mick, S., Segas, E., Dure, L., Halgand, C., Benois-Pineau, J., Loeb, G. E., Cattaert, D., & de Rugy, A. (2021).
Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 18(1), 3. https://doi.org/10.1186/s12984-020-00793-0

Contact

Aymar De Rugy
Chercheur DR2 CNRS à l'Institut des neurosciences cognitives et intégratives d’Aquitaine

laboratoire

Institut des Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine (INCIA – CNRS / Univ. de Bordeaux)
146 rue Léo Saignat,
33076 Bordeaux cedex