Kenshiro l'humanoïde VS l'humain robotique

Un nouvel humanoïde, Kenshiro, pourrait profondément marquer les passionnés de robotique. En effet, son fonctionnement et ses formes ont directement été inspirés par l’Homme ! Ses os d’aluminium sont par exemple mis en action par des muscles… à poulies.Les robots humanoïdes sont particulièrement complexes et coûteux à développer. Leur mode de locomotion bipède leur impose de maintenir activement leur équilibre. Pour compliquer les choses, leur surface de contact au sol est relativement réduite. De grandes avancées sont régulièrement faites dans ce domaine de la robotique. Cependant, de nombreux modèles, à l’image du célèbre Asimo, sont encore loin de nous ressembler, peut-être parce qu’ils ne sont pas bio-inspirés.Depuis de nombreuses années, des chercheurs du Johou Systems Kougaku Laboratory (JSK) de l’université de Tokyo menés par Yuto Nakanishi tentent justement de construire des robots faits d’os et de muscles. Leur dernière création, Kenshiro, a été dévoilée durant la conférence internationale sur les robots humanoïdes qui vient de se terminer à Osaka (Japon). Elle est saisissante !

Kenshiro est doté d’un squelette complet (y compris une cage thoracique présentant une certaine mobilité) composé d’os en aluminium. Un soin tout particulier a été apporté aux articulations. Pour preuve, les genoux disposent d’une rotule mobile se déplaçant au rythme des mouvements de flexion et d’extension des jambes. Par ailleurs, les os métalliques, à l’image du pelvis, sont similaires en forme à ceux des humains. Résultat, Kenshiro possède en tout 64 degrés de liberté (sans prendre les mains en considération). Le cou et chaque bras présentent par exemple chacun 13 possibilités de mouvement dans l’espace, contre 7 pour les jambes et 11 pour la colonne vertébrale.

Près de 160 muscles artificiels mettent tous ces os en mouvement, dont 50 dans les jambes, 70 sur le tronc, 12 au niveau des épaules et enfin 22 dans le cou. Ils se composent chacun d’un mécanisme plat composé d’une corde, de poulies et d’un seul moteur. Leur positionnement et leur fonctionnement permettent de reproduire fidèlement les couples musculaires et les vitesses angulaires observés chez l’Homme (entre 70° et 100° par seconde pour ces dernières), ou plutôt chez un garçon japonais âgé de 12 ans, puisqu’il s’agit du modèle pris par le laboratoire. Au final, ce système musculaire permettrait à Kenshiro d’être 5 fois plus puissant que son prédécesseur, Kenzoh.

Le nouvel humanoïde du JSK mesure 158 cm de haut pour un poids total de 50 kg. Il est ainsi deux fois plus léger que son prédécesseur et ses mensurations sont semblables à celle des humains. Les chercheurs sont allés jusqu’à respecter l’équilibre des masses dans le corps. Chez un garçon de 55 kg, chaque cuisse pèse environ 5 kg, contre 2,5 kg pour un mollet. Le nouveau robot musculo-squelettique possède quant à lui des cuisses de 4 kg ainsi que des mollets de 2,76 kg. Au final, Kenshiro correspondrait à l’humanoïde actuel ressemblant le plus, du point de vue des formes, à un homme.

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Cet hiver, la première prothèse de bras robotique contrôlée par la pensée va être greffée sur un patient. L’opération aura lieu en Suède sous la supervision de la Chalmers University of Technology et de l’hôpital universitaire Sahlgrenska. La prothèse en question est complètement intégrée grâce à un implant en titane greffé sur l’os. Des électrodes sont placées sur les nerfs et les muscles restants et reliés à l’implant. Ils vont capter les signaux électriques émis par le cerveau lorsque la personne veut effectuer un geste et transmettre les commandes à la prothèse robotisée via une interface neuronale.

« Notre technologie aide les personnes amputées à contrôler un membre artificiel presque de la même manière qu’un bras ou une main biologiques via les nerfs et les muscles restants. Il s’agit d’un bénéfice énorme à la fois pour l’individu et pour la société », a expliqué à Futura-Sciences Max Ortiz Catalan, doctorant à la Chalmers University of Technology à l’origine du projet.
Les prothèses de membres contrôlées par des impulsions électriques existent depuis les années 1960. Mais la technologie, qui n’a quasiment pas évolué depuis, nécessite que tous les mouvements soient préprogrammés, ce qui n’offre pas un contrôle très intuitif. De plus, la technique conventionnelle qui consiste à utiliser une emboîture qui fait l’interface entre les tissus restants et la prothèse est jugée peu confortable par les utilisateurs.

C’est pourquoi les chercheurs suédois ont opté pour une autre technique, appelée ostéointégration, qui a elle aussi été mise au point dans les années 1960, par Per-Ingvar Brånemark, le père du professeur Rickard Brånemark qui supervise le projet de prothèse contrôlée par la pensée. L’ostéointégration consiste à implanter une tige en titane dans l’os amputé sur laquelle la prothèse viendra directement se fixer.
Pour le patient, les avantages sont énormes, car la prothèse est beaucoup plus maniable, mieux ajustée et peut être portée toute une journée. Cette technique a d’abord été longtemps utilisée en chirurgie dentaire avant d’être appliquée à des membres amputés à partir des années 1990. L’équipe de la Chalmers University of Technology a fait évoluer cette méthode en ajoutant des électrodes directement reliées aux nerfs et aux muscles restants du membre amputé et connectés à l’implant en titane.

Grâce à un algorithme dédié, une interface neuronale intégrée dans la prothèse se charge de décoder les signaux électriques émis par les nerfs et les muscles lorsque la personne veut bouger et transmet les informations à la prothèse robotisée. Toutefois, comme le souligne Max Ortiz Catalan, « l’utilisateur est libre de faire toutes sortes de gestes, mais ceux-ci doivent d’abord être appris par l’algorithme au moins une fois. Le système doit savoir qu’un certain type d’activité neuronale correspond à un certain mouvement ».

Outre le fait d’offrir un contrôle beaucoup plus intuitif, cette innovation apporte également un retour à la personne, qui perçoit les stimulus des électrodes. Cela lui permet de mieux « sentir » la prothèse et de savoir par exemple la force qui s’applique lorsqu’elle effectue un geste. La main artificielle robotisée créée pour l’occasion est elle aussi une belle prouesse technique. Des moteurs placés dans chaque doigt peuvent être commandés individuellement ou simultanément.

La première opération pour implanter cette prothèse avec son interface de contrôle neuronale doit avoir lieu cet hiver, « au plus tard en mars », nous a précisé le chercheur. « Si cette première opération est un succès, nous serons alors le premier groupe de recherche au monde à faire des prothèses d'avant-bras contrôlées par la pensée une réalité que les patients pourront utiliser dans leur vie quotidienne et pas seulement dans un laboratoire », se réjouit Max Ortiz Catalan. Mais il reste prudent. « Personne n’a jamais réalisé d’implantation de longue durée d’électrodes sur des personnes amputées. Il y a donc un certain nombre de questions scientifiques auxquelles nous allons répondre et nous adapterons le système en fonction. »
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La vidéo ci dessous  présente d'abord différents tests de mobilité réalisés sur une épaule du robot (shoulder), une jambe (leg) puis la colonne vertébrale (spine), avant que l'ensemble ne prenne forme... humaine.
Dans la deuxiéme partie on découvre le principe du système de contrôle de la prothèse par des électrodes. Pour les besoins de la démonstration, elles sont ici placées à l’extérieur sur la peau de l’avant-bras. Mais le projet prévoit de les implanter directement sur les nerfs et les muscles restants après une amputation et de les relier à la prothèse dans laquelle se trouve l’interface neuronale qui gérera le décodage des impulsions électriques captées par les électrodes. La vidéo montre également l’extrême mobilité de la main robotisée qui réplique les gestes humains avec une grande précision.
 

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