Un troisième bras robotique contrôlé par la respiration

Des chercheurs de l’EPFL ont démontré que la respiration peut être utilisée pour contrôler un bras robotique supplémentaire chez des individus en bonne santé, sans entraver le contrôle d’autres parties du corps. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à de nouvelles applications dans le domaine de la neuroingénierie.

Le neuroingénieur Silvestro Micera développe des solutions technologiques avancées pour aider les personnes à retrouver des fonctions sensorielles et motrices perdues suite à des événements traumatiques ou des troubles neurologiques. Jusqu’à présent, il n’avait jamais travaillé sur l’amélioration du corps et de la cognition humaine à l’aide de la technologie.

Dans une étude publiée dans Science Robotics, Micera et son équipe rapportent comment le mouvement du diaphragme peut être surveillé pour contrôler avec succès un bras supplémentaire, augmentant essentiellement un individu en bonne santé avec un troisième bras – robotique.

Le projet Third-Arm

L’étude fait partie du projet Third-Arm, précédemment financé par le Fonds National Suisse de la Recherche Scientifique (NCCR Robotics), qui vise à fournir un bras robotique portable pour aider dans les tâches quotidiennes ou pour aider dans la recherche et le sauvetage. Le neuroingénieur croit que l’exploration des limites cognitives du contrôle du troisième bras peut en fait fournir des passerelles vers une meilleure compréhension du cerveau humain.

« La principale motivation de ce contrôle du troisième bras est de comprendre le système nerveux. Si vous défiez le cerveau à faire quelque chose de complètement nouveau, vous pouvez apprendre si le cerveau a la capacité de le faire et s’il est possible de faciliter cet apprentissage. Nous pouvons alors transférer ces connaissances pour développer, par exemple, des dispositifs d’assistance pour les personnes handicapées, ou des protocoles de rééducation après un AVC », explique encore Silvestro Micera.

Expérimentation en réalité virtuelle

Pour explorer les contraintes cognitives de l’augmentation, les chercheurs ont d’abord construit un environnement virtuel pour tester la capacité d’un utilisateur en bonne santé à contrôler un bras virtuel en utilisant le mouvement de son diaphragme. Ils ont constaté que le contrôle du diaphragme n’interfère pas avec des actions comme le contrôle des bras physiologiques, de la parole ou du regard.

Dans cette configuration de réalité virtuelle, l’utilisateur est équipé d’une ceinture qui mesure le mouvement du diaphragme. Portant un casque de réalité virtuelle, l’utilisateur voit trois bras : le bras et la main droits, le bras et la main gauches, et un troisième bras entre les deux avec une main symétrique à six doigts.

Contrôle du diaphragme et bras robotique

Les chercheurs ont également testé avec succès le contrôle du diaphragme avec un véritable bras robotique, un bras simplifié qui consiste en une tige qui peut être étendue et rétractée. Lorsque l’utilisateur contracte le diaphragme, la tige est étendue. Dans une expérience similaire à l’environnement VR, l’utilisateur est invité à atteindre et à survoler des cercles cibles avec sa main gauche ou droite, ou avec la tige robotique.

En synthèse

Cette étude représente une étape importante dans la recherche sur la neuroingénierie. Elle démontre que le contrôle d’un bras robotique supplémentaire par la respiration est non seulement possible, mais aussi intuitif et n’interfère pas avec d’autres fonctions corporelles. Ces découvertes pourraient avoir des implications significatives pour le développement de dispositifs d’assistance pour les personnes handicapées et pour la rééducation après un AVC.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le projet Third-Arm ?

Le projet Third-Arm est une initiative de recherche financée par le Fonds National Suisse de la Recherche Scientifique (NCCR Robotics) qui vise à développer un bras robotique portable pour aider dans les tâches quotidiennes ou pour aider dans la recherche et le sauvetage.

Comment le contrôle du diaphragme est-il utilisé pour contrôler un bras robotique ?

Les chercheurs ont utilisé une ceinture pour mesurer le mouvement du diaphragme de l’utilisateur. Ce mouvement est ensuite utilisé pour contrôler un bras robotique supplémentaire.

Quels sont les avantages potentiels de cette recherche ?

Cette recherche pourrait avoir des implications significatives pour le développement de dispositifs d’assistance pour les personnes handicapées et pour la rééducation après un AVC.

Quels sont les prochaines étapes de cette recherche ?

La prochaine étape de cette recherche est d’explorer l’utilisation de dispositifs robotiques plus complexes pour effectuer des tâches réelles, à la fois à l’intérieur et à l’extérieur du laboratoire.

Qu’est-ce que la neuroingénierie ?

La neuroingénierie est un domaine de recherche qui développe des solutions technologiques pour aider les personnes à retrouver des fonctions sensorielles et motrices perdues suite à des événements traumatiques ou des troubles neurologiques.

Références

Légende illustration principale : Martina Gini contrôle un bras robotique simplifié avec la respiration. © 2023 EPFL / Alain Herzog

Micera, S., Shokur, S., Dominijanni, G., et al. (2023). Diaphragm control of a wearable robotic extra arm in healthy individuals. Science Robotics. 10.1126/scirobotics.adh1438