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Un exosquelette de la main contrôlé par le cerveau

À la fois léger et portable, un exosquelette de la main contrôlé par la pensée a été créé par des ingénieurs suisses associés à École polytechnique fédérale de Lausanne.

Un texte d'Alain Labelle

Ce dispositif améliore la performance de l’interface cerveau-machine. Ce progrès pourrait éventuellement aider à restituer la capacité de saisir des objets de certaines personnes paralysées.

Pour le chercheur Luca Randazzo, cette percée permettra à terme d’aider plusieurs personnes qui ont un handicap moteur dans la vie de tous les jours.

Cet exosquelette s’attache à l’aide de bandes velcro autour des articulations. Il se pose en quelques minutes sur la main d’une personne.

Des câbles en métal servent de tendons sur le dessus de chaque doigt, mais sans obstruer la paume afin de maximiser les sensations dans la main.

Des moteurs installés dans un boîtier fixé sur la poitrine servent à tirer ou à pousser chaque câble, suivant que l’on veuille tendre le doigt ou le plier.

L’invention a été conçue pour être adaptable. Il est en effet possible de choisir l’interface de contrôle en fonction des capacités résiduelles de la personne paralysée, par exemple :

  • la détection des mouvements de l’œil;
  • une interface vocale d’un téléphone intelligent;
  • l’activité musculaire résiduelle du membre endommagé;
  • la détection d’ondes cérébrales à l’aide d’un casque.

Dans la présente étude, l’équipe de recherche a muni les utilisateurs d’un casque afin de mesurer les signaux du cerveau lors du maniement de l’appareil.

Elle a ainsi découvert que les mouvements commandés par l’exosquelette à la main génèrent des ondes cérébrales caractéristiques du mouvement d’un membre normal.

L’équipe a été surprise de constater que, si les mouvements dictés par l’exosquelette sont combinés avec l’utilisation d’une interface cerveau-machine pilotée par l’utilisateur, des signaux très particuliers sont générés. Des ondes cérébrales inattendues qui pourraient aussi faciliter le contrôle de l’exosquelette.

Le dispositif a été testé sur des personnes paralysées à la suite d'accidents vasculaires cérébraux ou de lésions de la moelle épinière. Les prochains efforts se concentreront sur l’amélioration du système pour aider ces personnes à effectuer les tâches quotidiennes à la maison, ou encore comme outil de rééducation.

Le cerveau et le contrôle du mouvement

La région du cerveau impliquée dans le contrôle des mouvements du corps s’appelle « le cortex moteur » et elle est divisée en deux : un côté droit et un côté gauche. Le cortex moteur droit est principalement sollicité lors de la mobilisation de la main gauche, et vice versa.

C’est pour cette raison que lorsqu’une personne est victime d’un accident vasculaire cérébral, elle est paralysée du côté inverse au lieu de l’accident dans le cerveau.

Ce contrôle nommé controlatéral (c’est-à-dire de côté opposé) est une propriété du système nerveux.

Dans leurs travaux, les chercheurs ont pu observer comme prévu une activité cérébrale controlatérale chez les personnes qui subissaient passivement les mouvements de l’exosquelette.

Toutefois, chez les sujets invités à contrôler l’exosquelette à l’aide des ondes cérébrales, des signaux sont aussi apparus du même côté que la main sollicitée. Ainsi, lorsque les personnes pensaient à faire bouger l’exosquelette, la partie du cerveau normalement dédiée au contrôle de l’autre main se trouvait aussi activée.

Cette activité cérébrale générée par l’association entre contrôle volontaire et retour d’information cohérent de l’appareil pourrait être exploitée afin d’améliorer le contrôle d’exosquelettes par ondes cérébrales, expliquent les chercheurs dans leur étude, dont les résultats complets sont publiés dans les IEEE Robotics & Automation Letters.

La vidéo ci-dessous explique en anglais les présents travaux :