Les jambes robotiques espèrent

BBC News a annoncé les «jambes de robot les plus réalistes» jamais développées, dans un titre qui pourrait faire naître l’espoir de membres de l’exosquelette de style science-fiction pour aider les personnes handicapées. Pendant ce temps, le Daily Mail s’est plutôt enfui avec l’histoire, disant que les chercheurs ont créé des « faux pantalons » de style Wallace et Gromit qui marchent d’eux-mêmes « .

La BBC affirme que les experts américains ont développé les jambes robotiques les plus «biologiquement précises». Ceux-ci pourraient aider à comprendre comment les bébés apprennent à marcher et ont un rôle à jouer dans le traitement des lésions médullaires. Cependant, ce n’est encore qu’un «petit pas» vers un dispositif efficace qu’une personne pourrait utiliser.

La recherche qui sous-tend ce titre impliquait des ingénieurs développant un robot qui marche le chemin que les humains marchent. Le robot a chargé, les courroies commandées par moteur qui imitent des muscles dans les jambes, aussi bien qu’un « générateur central de modèle », qui imite le système nerveux et les réflexes.

Les chercheurs disent que la marche repose sur un système complexe de muscles, de nerfs, d’équilibre et de coordination, et que ce système fournit un aperçu précieux des processus impliqués dans la façon dont les gens et les animaux marchent. À ce stade, la recherche n’aidera pas les personnes qui sont paralysées ou qui ont des membres amputés, mais elle pourrait ouvrir la voie à la possibilité de jambes robotisées contrôlées pour les personnes à l’avenir.

D’où vient l’histoire?

L’étude a été réalisée par des chercheurs du Département de génie électrique et informatique, Université de l’Arizona. L’évaluation de la marche des sujets humains a été financée par le National Institute of Health Research. L’étude a été publiée dans la revue d’ingénierie revue par les pairs Journal of Neural Engineering.

Les titres mis à part, la couverture des nouvelles est représentative de cette recherche, et comprend des séquences vidéo des jambes robotiques en mouvement.

De quel type de recherche s’aggissait-t-il?

Ce fut une recherche scientifique impliquant le développement d’un robot marcheur. Le robot a été construit en utilisant des courroies de Kevlar pour modéliser les muscles humains, avec un système de messagerie informatique qui simule les voies nerveuses qui signalent aux muscles, contrôlant leur mouvement. La marche est un processus dynamique impliquant une interaction entre les muscles, le squelette, l’environnement et le système nerveux. Les chercheurs disent que ce processus complexe signifie que si nous pouvons comprendre la locomotion, cela ouvre la possibilité de mieux comprendre comment le cerveau fonctionne pour créer le mouvement.

Les chercheurs décrivent que dans la région lombaire de la moelle épinière, « le » générateur de motif central « produit des signaux rythmiques qui interagissent avec la biomécanique du corps pour générer le cycle de l’étape ». Ils disent que ce générateur de motif central utilise le retour de plusieurs sources, y compris les sensations des pieds, les nerfs qui sentent l’étirement musculaire et le chargement des membres dans les jambes, et les nerfs qui détectent la position des articulations de la hanche.

Les chercheurs ont développé un modèle robotique représentatif du mouvement musculaire, de la rétroaction sensorielle et de ce générateur de motifs centraux impliqués dans la marche humaine.

Qu’est-ce que la recherche implique?

Le robot est un modèle simplifié des jambes, basé sur les résultats de recherches antérieures. Le système comprend trois articulations (la hanche, le genou et la cheville) et neuf muscles, y compris les muscles extenseurs qui s’étendent, ou redressent, l’articulation, et les fléchisseurs qui le plient. Il comprend trois muscles biarticulaires, qui sont des muscles qui traversent les articulations:

le gastrocnémien, qui enjambe le genou et la cheville

le rectus femoris, qui enjambe la hanche et le genou

les ischio-jambiers, qui couvrent également la hanche et le genou

Pour chaque muscle dans le robot, un moteur spécial a été attaché à un support. Une courroie de Kevlar a été alors bouclée au moteur, avec la contraction de muscle imitée en faisant tourner le moteur pour tirer sur la courroie. Un modèle informatique conçu pour stimuler le générateur de motif central produit des signaux pour contrôler chaque moteur dans les jambes robotiques. Chaque sangle contient également un capteur qui renvoie au générateur de motif central et mesure la tension ou la charge produite. D’autres capteurs fournissent des informations sur le contact avec le sol et sur la position de la hanche. Les résultats de ces capteurs sont conservés afin qu’ils puissent être comparés à la façon dont les gens marchent.

Quels ont été les résultats de base?

Simplement, les chercheurs ont démontré qu’ils étaient capables de faire marcher le robot normalement. Ils ont également démontré que le retour d’information au générateur de motif central à partir des capteurs dans les pieds modifiait les signaux provenant du générateur et que cela empêchait l’écrasement des orteils et produisait la bonne démarche de marche «toe-off». Lorsque les chercheurs ont ajouté un poids à la bonne cheville du robot, le générateur de motif central a aidé à stabiliser la marche malgré cette perturbation physique. Sans le générateur de motif central, le pied droit « traîné ».

En comparant leurs résultats à deux sujets humains normaux, ils ont trouvé que les mouvements de l’angle articulaire chez ces personnes étaient comparables aux angles articulaires rapportés par les capteurs du robot. D’autres mécanismes de mouvement, y compris le moment de la flexion articulaire, étaient similaires entre les humains et les jambes robotisées.

Comment les chercheurs ont-ils interprété les résultats?

Les auteurs affirment que leur recherche «représente un modèle neurorobotique physique complet et simplifié du corps humain inférieur».

Conclusion

Les ingénieurs ont développé un robot marcheur qui modélise la façon dont les humains marchent. Le robot a chargé des sangles qui imitent les muscles dans les jambes, ainsi qu’un « générateur de motif central » imitant le système nerveux et les réflexes. Comparé aux mouvements articulaires impliqués dans la marche humaine normale, les chercheurs ont montré que le robot est un modèle complet pour la marche humaine.

Les chercheurs disent que ce système pourrait être utile pour aider à comprendre les processus physiologiques impliqués dans la marche chez les animaux et les humains. La BBC cite un expert britannique disant que « ce travail est passionnant parce que le robot imite le contrôle et pas seulement le mouvement ».

Bien que ce soit une recherche passionnante, et que les gros titres aient pu évoquer des images de cybermen – ou dans le cas du faux pantalon de Wallace et Gromit – il ne résiste pas au battage médiatique. Par exemple, alors que les chercheurs ont fait un modèle apparemment excellent de la marche robotisée, ils n’ont pas démontré d’autres fonctions des membres inférieurs, telles que:

s’asseoir

se lever

accroupi ou agenouillé

monter des escaliers

Jusqu’à ce que des jambes robotisées capables de mener à bien ces actions et de marcher avec précision et confort soient mises au point, les implications thérapeutiques pour les personnes paralysées ou celles qui ont des membres amputés sont extrêmement limitées.