Un bras robotique contrôlé en réalité augmentée par le cerveau

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Image d'illustration uniquement. | Jonathan Paiano pour Trust My Science (bras robotique de Kinova Robotics)
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Un nouveau système de bras robotique vient d’être testé sur une dizaine de personnes. Sa particularité ? Il est contrôlé directement par le cerveau de l’utilisateur, via une interface affichée en réalité augmentée.

C’est une équipe de chercheurs chinois, de l’Université de technologie de Hebei et de plusieurs autres institutions, qui a présenté récemment cette avancée. Elle pourrait permettre de créer des outils pratiques pour faciliter la vie quotidienne des personnes atteintes de handicap ou de difficultés motrices.

Les machines contrôlées par le cerveau n’appartiennent plus au domaine de la science-fiction depuis un bon moment : « Ces dernières années, la robotique à contrôle cérébral a réalisé de plus en plus d’avancées grâce au développement des bras robotiques, de la science du cerveau et de la technologie de décodage de l’information », explique ainsi Zhiguo Luo, l’un des chercheurs responsables de cette étude au média spécialisé Tech Xplore.

Cependant, les scientifiques avaient relevé des lacunes dans la mise en application de ce type de technologies, qu’ils se sont efforcés de combler avec leur nouvelle approche. « Des inconvénients tels qu’une faible flexibilité limitent leur application à grande échelle. Nous visons à promouvoir la légèreté et la praticité des bras robotiques à contrôle cérébral », expliquent-ils ainsi.

Pour alléger le dispositif nécessaire à l’utilisation de ce « bras » contrôlé par le cerveau, les chercheurs ont choisi de créer une interface homme-machine basée sur la réalité augmentée. Cette technologie permet, grâce à des lunettes, en l’occurrence, d’intégrer des éléments virtuels au sein d’un environnement réel : de combiner, en quelque sorte, le virtuel et le réel. En effet, la plupart des expériences précédentes en matière de bras contrôlé par le cerveau utilisaient des écrans de contrôle traditionnels.

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Le dispositif utilisé dans le cadre de l’étude. © Chen et al.

Pour l’équipe de chercheurs, cela présentait l’inconvénient d’avoir recours à une structure fixe, permettant moins de liberté de mouvement, mais pas seulement. En effet, contrairement à un écran traditionnel, l’affichage en réalité augmentée permet à l’utilisateur de se concentrer sur un seul environnement, au lieu de reporter constamment son attention de l’écran à la « réalité ». C’est en cela que leur innovation permet selon eux une plus grande « souplesse » et fluidité d’usage.

Comment le contrôle cérébral fonctionne-t-il ?

Pour faire bouger ce bras conformément à la volonté de l’utilisateur, les scientifiques chinois ont utilisé une interface neuronale (ou interface de contrôle cérébrale). Pour cela, ils ont eu recours au « potentiel évoqué visuel à l’état d’équilibre », en anglais, « steady-state visually evoked potential », d’où son petit nom en abrégé, SSVEP. Pour l’expliquer plus simplement, il s’agit des signaux de réponses naturels à des stimuli visuels apportés à des fréquences spécifiques. En captant ces fréquences, via des électrodes judicieusement placées, il devient possible, dans le cas présent, de savoir quand une personne est en train de fixer un point particulier. Et donc, de déclencher une interaction avec la machine à ce moment-là. Cela permet de créer un canal d’information direct entre le cerveau et la machine, sans passer par une interaction de mouvement.

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Le système se compose de l’interface de contrôle cérébral en réalité augmentée et du bras robotique. © Chen et al.

Une autre amélioration apportée par les scientifiques à travers ce projet est l’utilisation d’une méthode de contrôle asynchrone. C’est-à-dire, un système qui ne dépend pas de fenêtres de temps strictes, mais qui est contraire activé uniquement lorsque l’utilisateur le décide. Cette méthode plus souple permet de s’adapter aux individus de façon personnalisée, ce qui, selon les chercheurs, n’était pas le cas jusqu’ici dans ce type d’innovation. Avec un temps d’affichage moyen de l’interface de 2.04 secondes pour sélectionner la bonne commande, le contrôle asynchrone a notamment un impact positif sur la fatigue visuelle.

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Pour l’heure, l’équipe a effectué des tests sur 10 personnes valides, dans un environnement relativement confortable, ainsi que des tests en ligne, et a atteint des résultats satisfaisants, avec un taux de réussite de 94,97%. La performance réalisée est restée tout de même inférieure aux tests effectués avec des interfaces sur écrans traditionnels, pour plusieurs raisons.

De nouvelles pistes à explorer

La réalité augmentée, affichée dans le monde réel, apporte davantage de facteurs de distraction visuelle. L’affichage est aussi moins contrasté, moins lumineux, et stimule donc potentiellement moins l’œil humain. Enfin, il présente parfois un temps de rafraîchissement plus long.

Les chercheurs ont donc du pain sur la planche pour continuer leurs explorations. Ils souhaitent à l’avenir commencer à effectuer des tests avec des personnes atteintes de handicap, afin de vérifier la fiabilité et la praticité de leur innovation dans des scénarios concrets de leur vie quotidienne et sociale. Ils comptent également continuer à affiner les dispositifs technologiques mobilisés. Prochaine étape : vie réelle ? « Notre approche contribue à améliorer la praticité du bras robotique à contrôle cérébral et à accélérer l’application de cette technologie dans la vie réelle », assure en tout cas Zhiguo Luo.

Source : Journal of neural engineering

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