Motricité bio-inspirée d’un bras artificiel : vers l’intégration de coordinations motrices naturelles dans le contrôle d’une prothèse de membre supérieur

Abstract

Chez l'humain, la perte de fonctions motrices causée par l'absence d'une partie du bras affecte l'autonomie et la capacité à réaliser des tâches du quotidien. Pour rétablir certaines des fonctions perdues, la personne handicapée peut utiliser une prothèse qui remplace la partie absente du bras. Aujourd'hui, les prothèses les plus avancées mesurent l'activité des muscles du moignon pour commander leurs articulations. Cependant, plus le handicap est important, plus nombreuses sont les fonctions motrices à restaurer mais moins nombreux sont les muscles à partir desquels recueillir ces mesures. En vue de surmonter cet obstacle, cette thèse explore comment l'emploi de coordinations motrices, c'est-à-dire de régularités dans les rotations des différentes articulations, peut contribuer au pilotage d'une prothèse de bras. À cette fin, deux plateformes expérimentales intervenant comme substituts à une véritable prothèse sont élaborées~: un bras robotique anthropomorphe à taille humaine, et un bras simulé dans un dispositif de réalité virtuelle. Une première expérience met des participants valides aux commandes de ce bras robotique, piloté de façon à ce que son extrémité reproduise les déplacements de la main du participant. Dans une tâche d'atteinte de cible, elle compare la qualité du pilotage selon que le robot adopte des postures plutôt bio-mimétiques ou biologiquement invraisemblables, pour atteindre avec son extrémité le but défini par le participant. Cette expérience montre que la familiarisation au pilotage du robot est meilleure lorsque ses coordinations articulaires sont proches de celles d'un bras humain. Dans une seconde expérience, des participants valides pilotent un bras virtuel dont l'épaule imite les mouvements de leur propre bras, tandis que ses articulations distales (coude et au-delà) sont commandées artificiellement. Dans une tâche de prise et pose d'objet, elle compare la qualité du pilotage selon que ces articulations distales sont commandées uniquement à partir des rotations de l'épaule réelle, ou en intégrant également des informations contextuelles relatives à la cible à atteindre. Cette expérience révèle que l'inclusion d'informations contextuelles améliore notablement la qualité du pilotage. Dans leur ensemble, ces résultats montrent que les coordinations motrices naturelles sont une source d'informations pertinentes pour le pilotage d'une prothèse de bras et peuvent être employées en combinaison avec d'autres signaux de commande pour enrichir ses capacités motrices. En termes d'applications, ils fournissent des pistes pour la conception de techniques de pilotage exploitant les coordinations motrices naturelles pour piloter plusieurs articulations simultanément.