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Peu importe ce que nos mains font – tendre la main, saisir ou manipuler des objets – cela semble toujours simple. Pourtant, vos mains sont l’une des parties du corps les plus compliquées et les plus importantes. Malgré cela, la complexité de l’anatomie sous-jacente de la main est mal comprise et, en tant que telle, l’animation des mains humaines a longtemps été considérée comme l’un des problèmes les plus difficiles en infographie.

Simuler une main dans les moindres détails

C’est parce qu’il a été impossible jusqu’à présent de saisir le mouvement interne de la main en mouvement. Mais à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et d’une technique inspirée de l’industrie des effets visuels, une équipe de chercheurs de l’USC, composée de deux informaticiens et d’un radiologiste, a élaboré le modèle le plus réaliste au monde du système musculosquelettique de la main humaine en mouvement.
L’appareil locomoteur comprend les muscles, les os, les tendons et les articulations. Cette percée a des implications non seulement pour l’infographie, mais aussi pour les prothèses, l’enseignement médical, la robotique et la réalité virtuelle.
« La main est très compliquée, mais avant ce travail, personne n’avait construit un modèle informatique précis sur la façon dont les structures anatomiques à l’intérieur de la main se déplacent réellement lorsqu’elle est en mouvement », a déclaré Jernej Barbic, coauteur de l’étude, titulaire de la chaire Andrew and Erna Viterbi Early Career et professeur associé en science informatique.
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Concevoir une meilleure technologie prothétique

Pour s’attaquer à ce problème, Barbic, expert en animation par ordinateur et en simulation physique, et son étudiant au doctorat, Bohan Wang, auteur principal de cette étude, ont fait équipe avec George Matcuk, MD, professeur agrégé de radiologie clinique à la Keck School of Medicine de USC. Le résultat : le modèle anatomique le plus précis de la main en mouvement.
« C’est actuellement le modèle d’animation de la main le plus précis disponible et le premier à combiner le balayage laser avec des caractéristiques de la surface de la main et à incorporer un modèle de gréement osseux sous-jacent basé sur l’IRM, » a déclaré Matcuk.
En plus de créer des mains plus réalistes pour les jeux vidéo et les films CGI, où les mains sont souvent exposées, ce système pourrait également être utilisé pour concevoir de meilleurs doigts et prothèses de main.
« Comprendre le mouvement de l’anatomie interne de la main ouvre la porte à des mains robotiques d’inspiration biologique qui ressemblent et se comportent comme de vraies mains « , a déclaré Barbic. « Dans un avenir pas si lointain, ce travail pourrait contribuer au développement de mains anatomiquement réalistes et à l’amélioration des prothèses de la main. »

Aller de l’avant

L’équipe, qui a récemment reçu une subvention de la National Science Foundation pour passer à l’étape suivante, prévoit de créer un ensemble de données publiques d’IRM manuelle multiposes pour 10 sujets au cours des trois prochaines années. Il s’agira du premier ensemble de données de ce genre qui permettra aux chercheurs du monde entier de mieux simuler, modéliser et recréer des mains humaines.
L’équipe prévoit également d’intégrer cette recherche en éducation, afin de former des étudiants au doctorat à l’USC et d’offrir des programmes de sensibilisation de la maternelle à la 12e année.
« Au fur et à mesure que nous affinons ce travail, je pense que cela pourrait être un excellent outil d’enseignement pour mes étudiants et d’autres médecins qui ont besoin de comprendre l’anatomie complexe et la biomécanique de la main « , a déclaré Matcuk.
L’équipe travaille actuellement à une meilleure reproduction des muscles et des tendons dans leur modèle et à sa réalisation en temps réel. À l’heure actuelle, il faut environ une heure à l’ordinateur pour créer une simulation d’une minute. Barbic et Wang espèrent rendre ce système plus rapide, sans perdre de la qualité lors des simulations.
Cette recherche a été présentée l’ACM SIGGRAPH en août 2019.
Source : The Viterbi School of Engineering
Crédit photo : Pixabay