Interface Synergiques pour l'extension de mouvement – SIME

Les systèmes robotiques sont exploités, dans un nombre croissant d'applications, comme des interfaces entre un opérateur humain et son environnement. L'objectif est ici d'améliorer les capacités mortices et sensorielles de l'opérateur. Ces systèmes sont donc étroitement imbriqués dans les boucles sensori-motrices de l'utilisateur: l'exécution de la tâche résulte de la mise en synergie des actions de l'humain et de la machine. La plupart des travaux de recherches actuels dans ce domaine concernent un guidage basé sur les efforts afin de permettre la manipulation d'un objet de façon simultanée par un robot et un opérateur humain. Au lieu de cela, le projet SIME a pour objectif de développer un nouveau type de système d'assistance pour l'extension des mobilités. Plus précisément, ce projet concerne le développement d'instruments actifs manipulés par l'opérateur humain et présentant un ou plusieurs degrés de liberté de façon à ce que le déplacement de l'organe terminal résulte de la composition du mouvement de la main de l'opérateur et du mouvement des articulations de l'instrument. L'objectif de ce projet est de créer une synergie entre l'opérateur et l'instrument : la boucle de commande de l'instrument doit s'interconnecter avec la boucle sensori-motrice de l'opérateur de façon à ce que les déplacements de l'organe terminal et les forces soient contrôlés et semblent intuitifs. Par conséquent, le projet SIME soulève des questions fondamentales ayant trait à la fois à la robotique et aux neurosciences. Une application dans laquelle ce type de système serait particulièrement utile est la chirurgie mini-invasive. Dans ce type de chirurgie, des instruments sont insérés dans le corps du patient à travers de petites incisions et sont manipulés par le chirurgien en utilisant la vision indirecte procurée par un endoscope. L'addition de degrés de liberté supplémentaires sur la partie distale de l'instrument apporterait alors un bénéfice clinique , ceci a été largement démontré par l'utilisation de systèmes de téléopération tels que le robot da Vinci. Cependant, le fait de coupler les degrés de liberté supplémentaires de la partie distale de l'instrument et les déplacements engendrés par le chirurgien tenant cet instrument soulève des questions fondamentales liées à la coordination main-œil qui est rendue d'autant plus difficile dans cette application que la vision est indirecte et que le point de passage des instruments dans le corps du patient inverse les déplacements. Le consortium du projet SIME comprend deux laboratoires académiques dans le domaine de la robotique (ISIR, Paris) et dans le domaine des neurosciences (ISM, Marseille), une start-up dans le domaine de la robotique médicale (Endocontrol, Grenoble) et un centre clinique expert en chirurgie laparoscopique (IMM, Paris) qui apportera le point de vue de l'utilisateur. Ceci permet d'aborder i) les questions fondamentales soulevées par le concept d'extension intuitive des mobilités , ii) les aspects technologiques liés à l'intégration du système mécatronique et à la conception de l'interface iii) les développements dans l'application considérée qui est l'assistance à la chirurgie laparoscopique. Les recherches qui seront effectuées dans ce projet visent deux objectifs. Le premier consiste à développer une méthodologie pour la conception et la commande de système permettant d'augmenter de façon intuitive les mobilités : en dehors des aspects technologiques, la recherche concernera principalement le problème du couplage des boucles sensori-motrices de l'opérateur avec celles de l'instrument. Le second objectif est de démontrer la pertinence de l'approche en développant une application médicale dans laquelle l'addition de degrés de mobilité devrait permettre une nette augmentation de la qualité du geste. Ce projet compte aboutir à la réalisation d'un instrument actif sous la forme d'un prototype industriel validé par des expérimentations in cadavero ou in vivo (sur animaux).