Le bras robotique unique en son genre fonctionne sans implant cérébral
Les premières expériences menées par des scientifiques, utilisant une interface non invasive et haute fidélité pour contrôler un bras robotique, ont été couronnées de succès. À l'avenir, les chercheurs visent à perfectionner la technologie pour la rendre plus largement disponible.
Les bras robotiques et autres instruments robotiques peuvent sembler être un développement futuriste, mais ils existent depuis des années, aidant aussi bien les chirurgiens que les ingénieurs.
Moins courants, cependant, sont les bras robotiques prothétiques qui permettent aux personnes qui ont perdu un membre de retrouver leur liberté de mouvement.
Un homme de Floride a fait la une des journaux en 2018 après avoir reçu une prothèse modulaire - un bras robotisé pour remplacer le bras qu'il a perdu en 2007 à cause d'un cancer.
L'homme peut contrôler son bras robotisé grâce à un «réacheminement» de certaines terminaisons nerveuses, mais jusqu'à présent, cette prothèse - développée par des scientifiques de l'Université Johns Hopkins de Baltimore, MD - n'est pas disponible pour d'autres personnes qui peuvent également en avoir besoin.
Un autre projet - de l'Université de Chicago dans l'Illinois - a testé des prototypes de bras prothétiques sur des singes macaques rhésus. Les animaux sont tous sauvés avec des amputations de membres en raison de blessures graves, et ils sont capables de contrôler leurs membres prothétiques grâce à des implants cérébraux spéciaux.
Maintenant, des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh, en Pennsylvanie, et de l'Université du Minnesota à Minneapolis ont réussi, pour la première fois, à utiliser une interface cerveau-ordinateur non invasive pour contrôler un bras robotique. Les scientifiques rapportent leur succès dans un article d'étude qui paraît dans la revue Robotique scientifique.
Technologie hautement améliorée
Le professeur Bin He, de Carnegie Mellon, dirige l'équipe de recherche qui a utilisé une interface qui ne nécessite pas d'implant cérébral - qui est une procédure invasive - pour coordonner les mouvements d'un bras robotique.
Le professeur He et ses collègues souhaitent développer une méthode haute fidélité et non invasive de connexion du cerveau et des prothèses flexibles, car l'insertion d'implants cérébraux nécessite non seulement des compétences chirurgicales et une précision élevées, mais aussi beaucoup d'argent, car les implants sont coûteux. De plus, les implants cérébraux comportent un certain nombre de risques pour la santé, y compris les infections.
Tous ces aspects ont contribué au faible nombre de personnes recevant des prothèses robotiques, de sorte que les scientifiques de Carnegie Mellon et de l'Université du Minnesota ont cherché à renverser la situation en développant une technologie non invasive.
Pourtant, il existe de nombreux défis à relever, en particulier le fait que les interfaces cerveau-ordinateur précédentes sont incapables de décoder les signaux neuronaux du cerveau de manière fiable, et ne peuvent donc pas contrôler les membres robotiques en douceur, en temps réel.
«Il y a eu des progrès majeurs dans les dispositifs robotiques contrôlés par l'esprit utilisant des implants cérébraux. C'est une excellente science », note le professeur He, commentant les étapes précédentes pour trouver une technologie« fiable ».
«Mais non invasif est le but ultime. Les progrès du décodage neuronal et l'utilité pratique du contrôle du bras robotique non invasif auront des implications majeures sur le développement éventuel de neurorobotiques non invasifs », ajoute-t-il.
Dans leur projet actuel, le professeur He et son équipe ont utilisé des techniques spécialisées de détection et d'apprentissage automatique pour «établir» une «connexion» fiable entre le cerveau et un bras robotique.
L'interface cerveau-ordinateur non invasive de l'équipe a décodé avec succès les signaux neuronaux, permettant à une personne, pour la première fois, de contrôler un bras robotique en temps réel, lui demandant de suivre en continu et en douceur les mouvements d'un curseur sur un écran.
Le professeur He et ses collègues ont montré que leur approche - qui comprenait une plus grande quantité de formation des utilisateurs, ainsi qu'une méthode améliorée de «traduction» du signal neuronal - améliorait l'apprentissage de l'interface cerveau-ordinateur d'environ 60%. Il a également amélioré de plus de 500% le suivi continu du curseur par le bras robotique.
Jusqu'à présent, les chercheurs ont testé leur technologie innovante avec la collaboration de 68 participants valides qui ont participé à jusqu'à 10 sessions chacun. Le succès de ces essais préliminaires a donné l'espoir aux scientifiques de pouvoir éventuellement apporter cette technologie aux personnes qui en ont besoin.
«Malgré les défis techniques liés à l'utilisation de signaux non invasifs, nous nous engageons pleinement à apporter cette technologie sûre et économique aux personnes qui peuvent en bénéficier», déclare le professeur He.
«Ce travail représente une étape importante dans les interfaces cerveau-ordinateur non invasives, une technologie qui, un jour, pourrait devenir une technologie d'assistance omniprésente aidant tout le monde, comme les smartphones.
Professeur Bin He
