Le Cybathlon est une compétition internationale dans laquelle des pilotes ayant des limitations physiques accomplissent des tâches – avec l’aide de technologies d’assistance quotidiennes. Nous vous présentons trois équipes de l’ETH Zurich qui présenteront leurs innovations en octobre.
Un robot à quatre pattes pour le quotidien
Un robot marcheur à quatre pattes avec un bras de préhension monté et une série de capteurs : c’est ALMA. ALMA est unique dans la discipline « robot assistant » au Cybathlon. Alors que d’autres équipes montent leur robot d’assistance directement sur les fauteuils roulants de leurs pilotes, ALMA fonctionne de manière indépendante. Le pilote paraplégique Sammy Kunz dirige le robot développé au Robotic Systems Lab de l’ETH Zurich avec un joystick à commande respiratoire, appelé quadstick. Les deux chefs d’équipe Carmen Scheidemann et Andrei Cramariuc soulignent que leur système externe offre plus de mobilité. « Notre plus grand avantage est aussi notre plus grand défi », déclare Scheidemann. “Nous devons nous assurer que notre robot assistant fonctionne correctement et n’entre pas en collision avec des objets.” Au Cybathlon, l’équipe doit accomplir dix tâches quotidiennes en dix minutes. Par exemple, le robot assistant ouvre une porte et la referme derrière l’utilisateur de fauteuil roulant ou tend une pomme au pilote pour qu’il puisse en croquer. Le quadstick pour contrôler ALMA comporte différents tuyaux dans lesquels le pilote souffle ou aspire. Cela lui permet de contrôler les différents axes du robot : soit la base avec les jambes, soit le bras de préhension.
«Lors d’un précédent événement en février, nous devions accomplir quatre tâches en huit minutes et cela ne nous prenait qu’un peu plus de six minutes», rapporte Scheidemann. L’équipe est convaincue qu’elle a de bonnes chances de marquer un score élevé lors du prochain événement principal. Dans le cadre du développement ultérieur d’ALMA, il travaille en étroite collaboration avec le pilote. Une grande partie du travail consiste à concevoir l’opération de manière à ce qu’elle nécessite le moins de pratique possible. « Nous faisons une suggestion de mise en œuvre et Sammy nous fait ensuite part de ses commentaires sur ce qu’il aime et ce qui ne fonctionne pas pour lui. Nous procédons ensuite aux ajustements nécessaires», explique Scheidemann. Quinze heures d’entraînement ont été nécessaires pour la précédente épreuve en février. Le système s’est désormais sensiblement développé et le temps de pratique a été réduit.
Les deux chefs d’équipe aiment travailler avec le pilote. «C’est très gratifiant de participer à un projet qui peut potentiellement améliorer considérablement la vie quotidienne et la qualité de vie des personnes handicapées», déclare Cramariuc. Les robots ANYmal, qui constituent la base à quatre pattes d’ALMA, sont déjà utilisés dans l’industrie, par exemple pour l’inspection des plates-formes pétrolières. Le défi est d’utiliser les robots d’assistance non seulement dans des environnements contrôlés, mais aussi dans la vie quotidienne à un moment donné. L’équipe continuera à développer ALMA. « Il faudra cependant plusieurs années avant que la plateforme soit prête à être commercialisée. Pour le moment, c’est encore très expérimental», explique Scheidemann.
Orientation avec caméra et ceinture
Appuyer sur la sonnette de droite, trouver une place libre ou se déplacer dans une zone comportant des obstacles de différentes hauteurs – le pilote aveugle Lukas Hendry doit maîtriser ces tâches et d’autres encore lors du Cybathlon dans la discipline « course d’assistance visuelle ». Il bénéficie du soutien technique de l’équipe Sight Guide, qui attache à cet effet deux caméras sur sa poitrine. Patrick Pfreundschuh, l’un des responsables de l’équipe, décrit la technologie : “Nous utilisons une caméra pour la localisation afin de déterminer comment et où Lukas se déplace, l’autre est une caméra de profondeur qui prend des mesures tridimensionnelles de l’environnement.” De plus, le pilote tient une troisième caméra à la main pour résoudre des tâches dans lesquelles il examine un objet de plus près. Les caméras envoient leurs informations à un petit ordinateur léger que Lukas Hendry porte sur son dos. L’ordinateur traite les données et envoie un signal audio contenant les informations pertinentes à Hendry. Trouver un tel ordinateur doté d’une puissance de calcul suffisante n’a pas été si simple : “Pendant que le pilote résout les tâches, les entrées doivent être traitées très rapidement. Sinon, il pourrait se heurter à un obstacle, et bien sûr nous voulons éviter cela.” dit Pfreundschuh. Avant le Cybathlon, l’équipe Sight Guide souhaite améliorer encore les signaux audio avec les instructions et les rendre plus compréhensibles. En plus des appareils photo et des ordinateurs, Hendry porte une ceinture. Cela lui indique par vibration où il doit aller. «Mais nous ne dévoilerons pas exactement le fonctionnement de la bande afin de conserver notre avantage concurrentiel», déclare Pfreundschuh en souriant.
L’équipe Sight Guide est composée de doctorants et d’étudiants du laboratoire des systèmes autonomes de l’ETH Zurich, du groupe Robotics and Perception de l’Université de Zurich et de l’Institut des systèmes mécatroniques de la Haute école spécialisée de Zurich (ZHAW). La particularité : Les doctorants s’impliquent également dans l’équipe du Cybathlon, par intérêt, joie et passion pour la cause. Ils rencontrent Hendry tous les un ou deux mois, recréent les tâches du Cybathlon et les testent. Ils peuvent souvent mettre en œuvre directement les retours d’Hendry, par exemple sur la rapidité des instructions. Travailler avec le pilote est aussi pour lui un moment fort personnel. « C’est agréable de voir comment Lukas résout des tâches qui ne seraient pas possibles sans notre technologie », déclare Pfreundschuh. “Cela me remplit de fierté et de satisfaction de voir comment la théorie fonctionne dans la pratique et offre une valeur ajoutée aux personnes aveugles.” Après le Cybathlon, la technologie sera encore développée – Pfreundschuh espère qu’une nouvelle génération d’étudiants sera trouvée pour cela.
À l’équipe des guides touristiques
Sentir le sol malgré la prothèse
Les patients qui portent une jambe prothétique ne peuvent pas sentir le sol. Surtout lorsqu’il y a des bosses ou lorsqu’ils montent des escaliers, ils manquent de retour sur l’endroit où se trouve leur jambe et la force avec laquelle elle appuie sur le sol. Ce manque de retour sensoriel est l’une des principales raisons pour lesquelles de nombreux patients renoncent aux prothèses. Les choses sont différentes pour le pilote de Cybathlon Stefan Poth. Il participe à la compétition avec sa propre jambe prothétique, mais porte une semelle intérieure sensorielle de la Team NeuroLegs dans sa chaussure. Cette semelle enregistre les informations que les chercheurs appellent interaction pied-sol. Cela inclut lorsque Poth appuie sur le talon, le milieu du pied ou la plante du pied. Au moment où la pression augmente, les données sont envoyées à un petit ordinateur que Poth porte à la ceinture. Le mini-ordinateur traite les données et les convertit en signaux de stimulation électrique. Ces signaux sont envoyés à une ceinture dotée d’une série d’électrodes que Poth porte autour de son moignon de jambe. “En fonction de l’endroit où Stefan évolue, les électrodes reflètent la sensation soit à l’avant, soit sur le côté ou à l’arrière du moignon, et ce en temps réel”, explique Noemi Gozzi, l’une des deux responsables de l’équipe NeuroLegs.
L’équipe de l’ETH Zurich qui participe à la course aux prothèses de jambe avec Poth fait partie du laboratoire de neuroingénierie du professeur de l’ETH Zurich Stanisa Raspopovic au Département des sciences et technologies de la santé. L’équipe a acquis une expérience précieuse au Cybathlon il y a quatre ans. “Nous n’avons pas eu à repartir de zéro cette année et avons pu améliorer notre technologie, notamment dans le domaine de la convivialité”, explique Valerio Aurucci, également chef d’équipe. Ils collaient les électrodes individuellement sur la peau, ce qui n’était pas pratique. L’équipe a depuis développé la ceinture de jambe, qui rend le système beaucoup plus fiable. Gozzi souligne à quel point il est enrichissant de pouvoir mettre en pratique ses propres travaux de recherche : « Nous essayons de développer des systèmes qui aident les gens dans leur vie quotidienne. La réaction de Stefan lorsqu’il s’est senti à nouveau sous son pied pour la première fois a été unique et compense pour les nombreuses heures passées au laboratoire. Le laboratoire de neuro-ingénierie est l’un des principaux laboratoires travaillant sur la simulation des nerfs périphériques. Aurucci souligne l’avantage de leur développement : “Ce qui est bien, c’est que notre système fonctionne avec n’importe quelle prothèse.” Des étapes de développement et des mesures de sécurité supplémentaires sont nécessaires avant qu’il soit prêt pour le marché. Les deux chefs d’équipe – actuellement doctorants à l’ETH – réfléchissent actuellement à l’endroit où ils souhaitent évoluer : rester dans la recherche et transmettre NeuroLegs à la prochaine génération, ou se lancer dans l’industrie via une spin-off ? L’avenir nous le dira.
Ce message est le premier dans le Numéro 24/03 du magazine de l’ETH Globe (PDF) ainsi que sur ETH-Actualités apparu.
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