Les scientifiques peuvent donner le sens du toucher à un bras robotique contrôlé par l’esprit

Les scientifiques peuvent donner le sens du toucher à un bras robotique contrôlé par l'esprit

Les scientifiques ont réussi à obtenir un bras robotique pour acquérir quelque chose qui peut être comparé au sens du toucher, permettant l’exécution de tâches telles que verser de l’eau d’un verre dans un autre. Avec cela, un volontaire dont le corps est paralysé de la poitrine vers le bas, qui a un implant cérébral, a réussi à sentir son bras, ses mains et ses doigts comme s’il s’agissait de ses propres membres supérieurs.

Les versions précédentes du bras avaient déjà montré des résultats assez surprenants, mais elles nécessitaient le volontaire d’étude Nathan Copeland d’utiliser ses yeux pour guider le bras robotique. «Quand je n’avais qu’un retour visuel, je pouvais voir que la main avait touché l’objet», explique Copeland à Radio Nationale Publique. « Mais parfois je l’attrapais et il tombait. »

Auparavant, il fallait à Copeland environ 20 secondes pour accomplir une tâche relativement simple, comme saisir un objet, guider la prothèse avec ses yeux. « Avec un retour sensoriel, il a pu le terminer en 10 », a déclaré Jeniffer Collinger, professeur à l’Université de Pittsburgh, l’un des chefs de file de l’étude.

«Même quelque chose d’aussi simple que de prendre un verre et d’essayer de maintenir une pression adéquate lors du déplacement vers un autre endroit, dépend beaucoup du retour tactile de votre main», dit-elle. En conséquence, Collinger et son équipe ont passé des années à chercher un moyen d’ajouter une rétroaction sensorielle à un bras et une main robotiques.

Travail à long terme

Le travail de l’équipe avec Nathan Copeland dure depuis plus de 15 ans. Le garçon est devenu tétraplégique au cours de son adolescence, lors d’un accident. Depuis, il a appris à contrôler les mouvements du bras robotisé à l’aide d’une interface cerveau-ordinateur.

À cette fin, des électrodes ont été installées dans une zone du cerveau du volontaire pour traiter les informations sensorielles. Cela a permis l’utilisation d’impulsions électriques pour simuler une série de sensations. «On a découvert que la stimulation dans les zones liées au bout des doigts dans le cerveau générait des sensations qui semblaient provenir des propres mains du participant», explique Collinger.

Nathan Copeland

Nathan Copeland touche la main de l’ancien président Barack Obama en 2016. Crédit: La Maison Blanche / Reproduction

Peu de temps après, les chercheurs ont cherché à générer ces signaux lorsque le bras et la main du robot sont entrés en contact avec un objet. Enfin, l’équipe a chronométré le temps de Copeland pendant qu’il effectuait certaines tâches, telles que ramasser un Lego ou verser de l’eau, avec et sans retour tactile. Les résultats ont montré que le volontaire était capable d’accomplir certaines tâches aussi rapidement qu’une personne avec un bras organique.

«La sensation changerait vraiment d’intensité en fonction de la force exercée par la main sur l’objet», explique Copeland. « Donc je pourrais aussi dire si je le tenais fermement ou non. » « Le contrôle est si intuitif que je pense essentiellement aux choses comme si je bougeais mon propre bras. »

Faiblesses

Les implications et les utilisations possibles de cette technologie vont au-delà des bras robotiques, car d’autres prothèses de haute technologie ont également tendance à mieux fonctionner lorsqu’elles simulent la sensation du toucher. Certains le font en vibrant ou en fournissant une autre forme de retour tactile, quelque chose de similaire à la technologie utilisée dans les smartphones lors de la saisie d’un mot de passe à l’écran.

Les bras robotiques actuels fonctionnent déjà de manière similaire aux membres naturels, pouvant se plier au coude, tourner au niveau des poignets et saisir avec les doigts. «Mais lorsque vous donnez à quelqu’un la capacité de contrôler ces choses, jusqu’à ce qu’il se sente tactile, c’est maladroit», déclare Jeremy Brown, professeur de génie mécanique à l’Université Johns Hopkins.

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Brown explique également que certaines compétences des capteurs sont encore un peu rudimentaires, telles que la détection de la température, de la pression, de la texture ou si l’objet est humide ou sec. Selon lui, les scientifiques apprennent encore à fabriquer des mains artificielles et les doigts peuvent détecter ces subtilités d’un objet. Cependant, les membres qui fournissent une rétroaction sensorielle peuvent accélérer ce processus.

Cependant, selon le professeur, donner à une prothèse un sens du toucher ne se limite pas à augmenter sa dextérité. «Il ne s’agit pas seulement de mettre la main dans votre poche et de récupérer les clés», dit-il. « C’est aussi la capacité de tenir la main d’un être cher et de ressentir ce lien émotionnel. »

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