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Chaque bout des doigts possède plus de 3 000 récepteurs tactiles, qui répondent en grande partie à la pression. Les êtres humains dépendent fortement de la sensation au bout de leurs doigts lorsqu’ils manipulent un objet.

Une nouvelle main prothétique

L’absence de cette sensation représente un défi unique pour les personnes amputées d’un membre supérieur. Bien qu’il existe aujourd’hui plusieurs prothèses dextres et de haute technologie, elles sont toutes dépourvues de la sensation du « toucher ». L’absence de ce retour sensoriel fait que des objets sont lâchés ou écrasés par inadvertance par une main prothétique.

Afin d’obtenir une interface de main prothétique plus naturelle, des chercheurs du College of Engineering and Computer Science de la Florida Atlantic University et leurs collaborateurs sont les premiers à intégrer des capteurs tactiles extensibles utilisant du métal liquide au bout des doigts d’une main prothétique.

Encapsulée dans des élastomères à base de silicone, cette technologie offre des avantages-clés par rapport aux capteurs traditionnels, notamment une conductivité, une flexibilité et une extensibilité élevées. Cette intégration hiérarchique de sensations tactiles multi-doigts pourrait fournir un niveau d’intelligence supérieur pour les mains artificielles.

Pour cette étude, les chercheurs ont utilisé le bout de chaque doigt de la prothèse pour distinguer les différentes vitesses d’un mouvement de glissement sur différentes surfaces texturées. Les quatre textures différentes avaient un paramètre variable : la distance entre les crêtes. Pour détecter les textures et les vitesses, les chercheurs ont entraîné quatre algorithmes d’apprentissage automatique. Pour chacune des dix surfaces, 20 essais ont été réalisés afin de tester la capacité des algorithmes d’apprentissage automatique à distinguer les dix surfaces différentes constituées de permutations générées aléatoirement de quatre textures différentes.

Les capteurs peuvent distinguer des surfaces complexes

Les résultats ont montré que l’intégration d’informations tactiles provenant de capteurs en métal liquide placés au bout des doigts de quatre prothèses permettait de distinguer simultanément des surfaces complexes et multitexturées, démontrant ainsi une nouvelle forme d’intelligence hiérarchique. Les algorithmes d’apprentissage automatique ont été capables de distinguer toutes les vitesses avec chaque doigt avec une grande précision. Cette nouvelle technologie pourrait améliorer le contrôle des mains prothétiques et fournir un retour haptique aux personnes amputées afin de reconnecter un sens du toucher précédemment perdu.

« Des recherches importantes ont été menées sur les capteurs tactiles pour les mains artificielles, mais il reste encore des progrès à faire en matière de capteurs tactiles multimodaux légers, peu coûteux et robustes », a déclaré Erik Engeberg, auteur principal, professeur associé au département d’ingénierie qui a mené cette étude avec le premier auteur et étudiant en doctorat Moaed A. Abd.

Un niveau de perception plus élevé

« Les informations tactiles provenant de toutes les extrémités des doigts dans notre étude ont jeté les bases d’un niveau de perception plus élevé de la main, obtenant la distinction entre dix surfaces complexes et multitexturées, ce qui n’aurait pas été possible en utilisant des informations purement locales provenant d’une seule extrémité de doigt.

Nous pensons que ces détails tactiles pourraient être utiles à l’avenir pour offrir une expérience plus réaliste aux utilisateurs de mains prothétiques grâce à un affichage haptique avancé, ce qui pourrait enrichir l’interface amputé-prothèse et empêcher les amputés d’abandonner leur main prothétique. »

« La perte d’un membre supérieur peut être un défi de taille pour une personne qui essaie de s’engager de manière transparente dans des activités régulières », a déclaré Stella Batalama. « Bien que les progrès des membres prothétiques aient été bénéfiques et permettent aux amputés de mieux accomplir leurs tâches quotidiennes, ils ne leur fournissent pas d’informations sensorielles telles que le toucher. »

Une prothèse plus naturelle

« Elles ne leur donnent pas non plus le contrôler naturellement des membres prothétiques avec leur esprit. Grâce à cette dernière technologie de notre équipe de recherche, nous nous rapprochons un peu plus de la possibilité de fournir aux personnes du monde entier une prothèse plus naturelle, capable de « sentir » et de réagir à son environnement. » L équipe nous montre cette main dans la vidéo ci-dessous.

Cette recherche a été publiée dans Sensors.

Source : Florida Atlantic University
Crédit photo : Pexels