1. Schéma
de
contrôle
biomimétique
tiré
de
la
littérature
comportementale
L’étude du mouvement chez l’homme nous a permis d’obtenir une solution efficace au double problème d’atteinte et de saisie très rapidement et ce malgré un type de contrôle « boucle ouverte » ; nous avons montré que l’aspect calculatoire des solutions utilisées classiquement dans le domaine robotique pouvait être court-circuité par l’utilisation de données déjà optimales comme base d’apprentissage.
En intégrant à une architecture de contrôle bio-inspirée des lois tirées de la littérature comportementale chez l’homme, nous avons construit un système capable de générer des configurations de prise très proches de celles adoptées par l’homme dans sa vie quotidienne. De plus, l’implémentation de ce système dans un outil robotique physique constitue une proposition innovante de transfert humain-robot, dont la réalité a été prouvée expérimentalement.
Les résultats obtenus lors de la validation expérimentale viennent confirmer largement l’intérêt de notre approche pour le domaine robotique : la totalité des configurations testées s’est révélée efficace tant du point de vue de l’approche de l’objet que de sa saisie. En outre, notre commande bio-inspirée a permis d’observer des comportements humains directement liés à la biomécanique de la main, comme par exemple le dégagement du pouce par une orientation correcte de la paume. En cela notre schéma de contrôle et les principes sur lesquels il est fondé peuvent désormais s’intégrer à des lois de commandes du domaine et nuancer leurs résultats.
2. Etude des synergies de préhension chez le sujet sain
Véritable complément du travail effectué lors de la construction de la première architecture de commande, l’étude que nous avons menée sur les sujets sains nous a permis d’examiner plus en détail les lois qui sous-tendent le geste de saisie humain et d’en approfondir notre connaissance. A travers l’établissement d’un protocole à la fois complet et rigoureux nous avons souhaité mettre en avant plusieurs aspects du contrôle moteur chez l’homme : sa répétabilité bien sûr, l’influence des différents facteurs lui servant « d’entrées », mais aussi sa réaction face à des contraintes venant complexifier le contexte de manipulation des objets présentés.
L’analyse des mesures obtenues nous montre que dans un contexte de manipulation limitée (déplacement et réorientation) la variabilité intra-individu se révèle assez faible, ce qui vient illustrer la théorie de l’utilisation de primitives motrices par le SNC ; au niveau inter-individus les variations se font plus marquées mais restent néanmoins dans une gamme permettant la généralisation du mouvement, ce qui montre l’influence de l’expérience personnelle sur une stratégie globale mesurable chez tous les sujets. Ajouter à ce contexte une contrainte particulièrement forte fait ressortir ce phénomène, et nous avons alors pu observer l’émergence de différentes stratégies venant illustrer le concept d’équivalence motrice.
Le dimensionnement d’un modèle de main générique, nécessaire à l’utilisation de ces données comme base d’apprentissage, nous a permis de nous concentrer sur cette variabilité en éliminant les facteurs d’échelle liés à l’anatomie. A la fois simple et efficace, ce modèle fournit un outil de généralisation au domaine de l’apprentissage par imitation en facilitant le transfert entre l’homme et la machine.
Enfin, les deux architectures de contrôle conçues pour tester ces données ont montré des résultats en simulation encourageants, dont la validation sur site nous permettra de vérifier la pertinence.
3. Modélisation du geste de saisie chez le singe à partir de vidéos
L’étude du mouvement dans le modèle animal n’est pas un problème simple à résoudre, car contrairement à l’homme il y est très difficile de faire abstraction des contraintes et perturbations ; il est cependant essentiel en ce qu’il permet d’explorer les mécanismes biologiques qui le composent à des niveaux bien plus nombreux et précis que ce que n’autorise la recherche sur l’homme. La méthode que nous avons mise en place fournit un outil d’analyse de ce modèle à la fois transparent pour l’animal, souple dans sa mise en place et efficace si tant est que les données mesurées soient de qualité suffisante.
Notre méthode d’étalonnage multi-caméras représente une solution originale et facilement adaptable à tout site expérimental utilisant de la stéréovision. En réalisant autant de calibrages de paires stéréo que nécessaire et en injectant à chaque fois les résultats de l’estimation des différents paramètres d’un étalonnage dans le suivant, nous avons prouvé qu’il était possible d’établir une cohérence globale du système et ainsi ramener toutes les mesures dans un repère de référence unique, quel que soit celui dans lequel il ait été mesuré.
En nous appuyant sur les performances de ce premier outil nous en avons développé un second visant à reconstruire de manière semi-automatique les points caractérisant la main d’un singe alors qu’il réalisait des tâches de saisie. Ce système, conçu de manière à pouvoir générer une solution même s’il ne lui est fourni que des données partielles et mettant en rapport cette solution avec des mesures anatomiques, nous a permis de reconstruire de manière fidèle la majorité des six configurations de prises utilisées à travers la moyenne de leurs différentes itérations.
Ces configurations ont ensuite été testées sur notre modèle 3D du bras d’un singe placé dans une simulation du site de mesure. Ce modèle est une reproduction anatomique fidèle et précise basée sur des données d’imagerie médicale de forte résolution, et dont les mouvements correspondent à ceux de son équivalent biologique. Il constitue donc un outil de validation théorique d’excellente qualité et nous a permis d’évaluer la qualité des positions établies en amont par le système.
Les différents outils réalisés au cours de ces travaux composent une chaîne de traitement permettant d’appréhender la réalité des mouvements effectués par le singe à partir de données purement visuelles, et ainsi de pouvoir les caractériser en vue d’une possible classification. Mis en relation avec les signaux neuronaux qui en sont à l’origine, ces résultats représentent une étape supplémentaire dans la compréhension du contrôle moteur chez le singe, et donc possiblement chez l’homme.
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