Un robot quadrupède pour le quotidien
Un robot marcheur à quatre pattes avec un bras préhenseur monté et une série de capteurs : c’est ALMA. Dans la discipline "robot d’assistance" du Cybathlon, ALMA est unique en son genre. Alors que d’autres équipes montent leur robot d’assistance directement sur le fauteuil roulant de leurs pilotes, ALMA fonctionne de manière autonome. Le pilote paraplégique Sammy Kunz dirige le robot, qui a été développé au Robotic Systems Lab de l’ETH Zurich, à l’aide d’un joystick commandé par la respiration, appelé "quadstick". Les deux managers de l’équipe, Carmen Scheidemann et Andrei Cramariuc, soulignent que leur système externe offre une plus grande mobilité. "Notre plus grand avantage est aussi notre plus grand défi", explique Scheidemann. "Nous devons nous assurer que notre robot d’assistance fonctionne correctement et n’entre pas en collision avec des objets". Lors du Cybathlon, l’équipe doit accomplir dix tâches quotidiennes en dix minutes. Le robot d’assistance ouvre par exemple une porte et la referme derrière la personne en fauteuil roulant ou tend une pomme au pilote de manière à ce que celui-ci puisse en prendre une bouchée. Le quadstick qui commande ALMA est doté de différents tuyaux dans lesquels le pilote souffle ou aspire. Il peut ainsi contrôler les différents axes du robot : soit la base avec les jambes, soit le bras préhenseur."Lors d’un événement préliminaire en février, nous devions réaliser quatre tâches en huit minutes et il ne nous a fallu qu’un peu plus de six minutes", rapporte Scheidemann. L’équipe est confiante et pense avoir de bonnes chances d’obtenir un score élevé lors de la prochaine manifestation principale. Elle travaille en étroite collaboration avec le pilote pour le développement d’ALMA. Une grande partie du travail consiste à concevoir l’utilisation de manière à ce que le moins de pratique possible soit nécessaire. "Nous faisons une proposition de mise en œuvre et Sammy nous donne ensuite un feed-back sur ce qui lui plaît et ce qui ne fonctionne pas pour lui. Nous procédons alors aux adaptations nécessaires", explique Scheidemann. Quinze heures d’entraînement ont été nécessaires pour la manifestation préliminaire de février. Entre-temps, le système s’est considérablement développé et le temps d’entraînement a été réduit.
La collaboration avec le pilote plaît beaucoup aux deux chefs d’équipe. "C’est très gratifiant de participer à un projet qui peut potentiellement améliorer considérablement le quotidien et la qualité de vie des personnes handicapées", déclare Cramariuc. Les robots ANYmal, qui constituent la base quadrupède d’ALMA, sont déjà utilisés dans l’industrie, comme pour l’inspection des plateformes pétrolières. Le défi consiste à utiliser des robots d’assistance non seulement dans des environnements contrôlés, mais aussi, à un moment donné, dans la vie quotidienne. L’équipe continuera à développer ALMA. "Il faudra toutefois plus que quelques années pour que la plate-forme soit prête à être commercialisée. Pour l’instant, elle est encore très expérimentale", explique Scheidemann.
Ce texte est paru dans le numéro 24/03 du magazine Globe de l’EPFZ.
S’orienter avec une caméra et une ceinture
Appuyer sur la bonne sonnette, trouver une place assise libre ou se déplacer dans une zone avec des obstacles de différentes hauteurs - le pilote aveugle Lukas Hendry doit maîtriser ces tâches et d’autres dans la discipline "course d’assistance visuelle" du Cybathlon. Il bénéficie pour cela du soutien technique de l’équipe Sight Guide, qui lui a fixé deux caméras sur la poitrine à cet effet. 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 effectue des mesures tridimensionnelles de l’environnement". En outre, le pilote tient une troisième caméra dans sa main pour résoudre des tâches qui consistent à examiner un objet de plus près. Les caméras envoient leurs informations à un ordinateur petit et léger que Lukas Hendry porte sur son dos. L’ordinateur traite les données et envoie un signal audio avec les informations correspondantes à Hendry. Trouver un tel ordinateur avec 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 risque de se heurter à un obstacle, ce que nous voulons bien sûr éviter", explique Pfreundschuh. D’ici le Cybathlon, l’équipe de Sight-Guide veut encore améliorer les signaux audio avec les instructions et les rendre plus compréhensibles. Outre les caméras et l’ordinateur, Hendry porte une ceinture. Celle-ci lui indique au moyen de vibrations où il doit courir. "Nous ne dévoilons toutefois pas le fonctionnement exact de la ceinture afin de préserver notre avantage concurrentiel", déclare Pfreundschuh en souriant.L’équipe Sight-Guide est composée de doctorants et d’étudiants de l’Autonomous Systems Lab de l’ETH Zurich, du Robotics and Perception Group de l’Université de Zurich et de l’Institut für Mechatronische Systeme de la Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW). La particularité de ce projet : Les doctorants s’engagent en parallèle dans l’équipe du Cybathlon, par intérêt, plaisir et passion pour la cause. Tous les mois ou tous les deux mois, ils se réunissent avec Hendry, reproduisent les épreuves du Cybathlon et les testent. Ils peuvent souvent mettre directement en pratique le feed-back de Hendry, par exemple sur la vitesse des instructions. La collaboration avec le pilote est aussi pour lui un moment fort personnel. "C’est un plaisir de voir Lukas résoudre des tâches qui ne seraient pas possibles pour lui 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 développée - Pfreundschuh espère qu’il y aura une nouvelle génération d’étudiants pour cela.
Vivez le CYBATHLON 2024 en direct
Du 25 au 27 octobre 2024, la SWISS Arena de Kloten accueillera pour la troisième fois cette compétition unique en son genre, initiée par l’ETH : Des personnes handicapées s’affrontent en accomplissant des tâches quotidiennes à l’aide de systèmes d’assistance technique ultramodernes. Attendez-vous à des compétitions passionnantes dans huit disciplines différentes avec des équipes du monde entier et à un programme-cadre interactif. Les billets sont disponibles ici.Sentir le sol malgré une prothèse
porte cependant une semelle intérieure sensorielle de l’équipe NeuroLegs dans sa chaussure. Cette semelle saisit les informations que les chercheurs appellent l’interaction pied-sol. Il s’agit notamment de savoir quand Poth appuie sur le talon, le métatarse ou la plante du pied. Au moment où la pression s’intensifie, les données sont envoyées à un petit ordinateur que Poth porte à la ceinture. Le mini-ordinateur traite les données et les transforme en signaux de stimulation électrique. Ces signaux sont envoyés à une ceinture munie d’une série d’électrodes que Poth porte autour de son moignon de jambe. "En fonction de l’endroit où Stefan se trouve, les électrodes reflètent la sensation soit de manière frontale, latérale 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 de prothèses de jambes avec Poth fait partie du laboratoire de neuro-ingénierie du professeur de l’ETH Stanisa Raspopovic au département des sciences et technologies de la santé. L’équipe a déjà acquis une précieuse expérience au Cybathlon il y a quatre ans. "Cette année, nous n’avons pas dû partir de zéro et nous avons pu améliorer notre technologie, en particulier dans le domaine de la convivialité", explique Valerio Aurucci, également manager de l’équipe. Auparavant, ils collaient les électrodes une à une sur la peau, ce qui n’était pas très pratique. Depuis, l’équipe a mis au point la ceinture pour les jambes, qui rend le système beaucoup plus fiable. Gozzi souligne à quel point il est enrichissant de voir ses propres travaux de recherche appliqués dans la pratique : "Nous essayons de développer des systèmes qui aident les gens dans leur vie quotidienne. La réaction de Stefan lorsqu’il a ressenti pour la première fois à nouveau une sensation sous son pied était unique et compense les nombreuses heures passées au laboratoire". Le Neuroengineering Lab est l’un des principaux laboratoires travaillant sur la simulation nerveuse périphérique. Aurucci souligne l’avantage de son développement : "L’avantage, c’est que notre système fonctionne avec n’importe quelle prothèse". D’autres étapes de développement et mesures de sécurité sont encore nécessaires avant que le système ne soit commercialisé. Les deux managers de l’équipe - actuellement doctorants à l’EPFZ Réfléchissent actuellement à la direction qu’ils souhaitent prendre : Rester dans la recherche et transmettre NeuroLegs à la prochaine génération, ou faire le pas vers l’industrie via une spin-off ? L’avenir nous le dira.
