Qu’il s’agisse d’un nourrisson qui cherche à attraper ses orteils ou d’une personne qui cherche à attraper un crayon qui roule sur un comptoir, la saisie d’objets avec les mains est un instinct humain fondamental. Des chercheurs du laboratoire de contrôle neuronal du mouvement de l’université d’État de l’Arizona découvrent que cette tâche simple n’est pas si simple. En fait, l’action de saisir est la dernière étape d’une série de processus complexes qui constituent notre sens du toucher. Toute inefficacité ou perturbation d’un maillon de cette chaîne de processus aura un impact direct sur notre capacité à utiliser nos mains. C’est pourquoi la recherche dans le domaine du contrôle neural du moteur est essentielle à l’avancement de la technologie et du traitement de la réadaptation. Les capteurs de force/couple multiaxes d’ATI aident les chercheurs à décomposer le sens du toucher humain en fournissant un retour d’information en temps réel au fur et à mesure du processus.
Qiushi Fu étudie les processus sensorimoteurs au Laboratoire de contrôle neuronal du mouvement. Les recherches du laboratoire se concentrent sur la main en tant que modèle pour comprendre l’apprentissage et le contrôle de la motricité. Les expériences de Fu se concentrent sur le sens du toucher humain. Il utilise les plus petits capteurs F/T d’ATI pour étudier plus en profondeur le retour sensoriel (la communication entre le cerveau et les muscles de la main), pendant les essais de saisie et de manipulation.
Lorsque nous saisissons un objet, notre cerveau recueille d’abord des informations sur notre environnement et se réfère à des situations similaires dans le passé. À l’aide de repères visuels et de souvenirs, nous pouvons estimer la force d’élévation et la force de préhension nécessaires pour manipuler l’objet sans le faire tomber ou l’écraser. Une fois l’objet en main, notre cerveau continue de recevoir des informations en retour sur le processus de préhension. Cela nous permet d’ajuster notre prise et la position de notre main pendant l’exécution de la tâche. Tout cela se produit instantanément, dans notre subconscient. Par essais et erreurs, nous apprenons à perfectionner ce mouvement courant et fonctionnel. Plus nous tendons et saisissons, plus notre champ de référence s’élargit et mieux nous pouvons estimer les forces nécessaires pour manipuler les objets. Comme il s’agit d’un mouvement que nous effectuons presque tous les jours, nous développons des compétences de haut niveau.
Que se passerait-il si nous perdions notre sens du toucher ? Si nous ne pouvions plus compter sur notre coordination œil-main pour manipuler des objets ? Serions-nous capables de nous préparer notre petit-déjeuner ou de nous habiller le matin ? Serions-nous capables de conduire pour nous rendre au travail ? Pourrions-nous travailler tout court ?
Qiushi Fu a mis au point de nombreuses expériences différentes pour étudier la manière dont le cerveau contrôle les forces exercées par les doigts lors de la saisie et de la manipulation. Le résultat pourrait nous permettre d’évaluer l’impact des troubles neurologiques sur le contrôle de la main et de contribuer au processus de rééducation neuronale
Dans les expériences de Fu, les capteurs F/T d’ATI sont enfermés dans un objet. Le sujet manipule l’objet tandis que les capteurs fournissent des données instantanées de retour de force sur six axes (forces Fx, Fy, Fz, et couples Tx, Ty et Tz). Les capteurs indiquent également le centre de pression de chaque doigt et transmettent les données au cerveau. En inversant le processus à l’aide des capteurs F/T, Fu obtient une vue beaucoup plus complète du processus de manipulation, du début à la fin. Fu explique : « Ces informations nous permettront de connaître la vitesse de réaction, le rôle de la rétroaction sensorielle, ainsi que d’autres mesures physiologiques. »
Ces expériences visent à mesurer et à enregistrer des données dans une situation « réelle ». Il est essentiel de s’assurer que les capteurs n’influencent pas le choix du sujet quant à la manière de manipuler les objets. Les plus petits capteurs F/T d’ATI, Nano17 et Nano25 (17 mm et 25 mm de diamètre, respectivement), sont faciles à dissimuler dans l’objet à tester. Cela maximise la surface de préhension et garantit au sujet une liberté totale dans le choix de la manipulation des objets.
Fu a choisi les capteurs F/T d’ATI en partie pour leur taille compacte, mais aussi pour leur qualité supérieure. Il déclare : « Les capteurs F/T d’ATI offrent une précision, une robustesse et une sensibilité excellentes pour nos recherches » La conception des capteurs F/T est idéale pour détecter les changements subtils dans les forces exercées sur le bout des doigts pendant les essais de Fu. Les jauges de contrainte en silicium à l’intérieur du corps du capteur F/T agissent comme des amplificateurs de signal et annulent la distorsion du bruit. Les mesures précises et exactes effectuées par le capteur ATI F/T permettent d’obtenir des données de haute qualité, ce qui donne à Fu et à son équipe encore plus de confiance dans leurs résultats.
Notre sens du toucher nous permet d’utiliser nos mains et nos doigts plus efficacement que toute autre espèce. Nous avons appris que le cerveau, les muscles de la main et les doigts jouent tous un rôle essentiel. Si l’un de ces éléments ne fonctionne pas correctement, notre sens du toucher, et donc notre capacité à utiliser nos mains, sont compromis. Heureusement, des chercheurs en contrôle neural comme Quishi Fu contribueront au développement de solutions robotiques d’assistance pour restaurer la mobilité des patients et, dans certains cas, leur indépendance.
Avec le vieillissement de la population, le nombre de personnes vivant avec des problèmes de santé débilitants va continuer à augmenter. Pour les patients dont le contrôle moteur est réduit en raison de troubles neurologiques, de lésions traumatiques, d’accidents vasculaires cérébraux ou d’autres maladies, les solutions robotiques d’assistance offrent l’espoir d’une meilleure qualité de vie. ATI est très fière de participer à la recherche sur le contrôle neural à l’Université d’État de l’Arizona.
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Pour plus d’informations, visitez la page web du Neural Control of Movement Laboratory at ASU !
