Projets ciblés du PEPR O2R
Description des projets ciblés et actions structurantes :
PI1 : REINVENT Reinventer la prothèse
La prothèse de membre supérieur constitue une extension sensori-motrice ultime car en plus des défis technologiques (robotiques, biomécaniques et neuroscientifiques) qu’elle soulève, elle pose de nombreuses questions plus générales relatives aux sciences humaines et sociales (SHS) autour de la relation au corps, de l’hybridation corps-technique, des usages et de leurs conséquences sur la vie des utilisateurs, de l’appropriation, de la réparation ou modification corporelle (donc du soin), de l’identité et de l’image du corps pour soi et la société, des normes et des injonctions associées, etc.
Malgré les avancées technologiques récentes, le taux d’abandon des prothèses de membre supérieur demeure élevé et les innovations technologiques incrémentales ne semblent pas avoir suffi à révolutionner la prothèse ou la relation des personnes amputées avec leurs aides techniques. Ce constat révèle l'existence d'une certaine inadéquation entre les besoins et les usages des personnes amputées et les réponses technologiques jusqu’ici proposées. Pour une majorité de personnes amputées, les prothèses demeurent des dispositifs lourds, rigides, lents, peu contrôlables, peu « sensibles » (offrant peu de retours sensoriels), rarement polyvalents, peu ou pas personnalisables, et difficiles à maîtriser. L’objectif de ce projet intégré et de la création d’une équipe interdisciplinaire dédiée est donc de développer un concept innovant de prothèse personnalisable pour les personnes amputées de membre supérieur qui ait un comportement plus proche de celui d’un membre naturel, qui soit facile et agréable à porter, plus intuitive à contrôler ; une prothèse qui restaure des sensations et s'intègre au corps. Une prothèse qui, devenue utilisable, efficace et donc utile, n’est plus abandonnée par ses utilisateurs et qui les valorise. Notre hypothèse globale est que la seule manière de répondre aux besoins de ces utilisateurs est de « réinventer la prothèse » en proposant un concept (ou un ensemble de concepts) radicalement différent(s), en explorant, en même temps, les multiples problématiques évoquées (mécanique, contrôle, perception, apprentissage ainsi que l’intégration corporelle, individuelle et sociale) et en veillant à impliquer les utilisateurs tout au long du processus de recherche.
Plusieurs résultats majeurs seront obtenus dans le cadre du projet REINVENT. Nous développerons une mécatronique légère et souple couplée à des approches de contrôle intuitif qui permet une meilleure reproduction du mouvement humain et qui est capable de percevoir et de transmettre des retours sensoriels riches. Ceci sera réalisé en interaction permanente avec les SHS, pour comprendre les usages, la place et le rôle de la prothèse, et par extension d'autres aides techniques telles que les exosquelettes, mais aussi pour faciliter le dialogue entre les utilisateurs et les concepteurs (co-conception) ; mais aussi mieux saisir et prendre en compte l'influence des questions d'individualité, de normativité et d'efficacité dans le domaine des aides techniques.
Une particularité majeure du projet concerne l’implication forte de personnes amputées, i.e. d’experts usagers, au projet. Ils seront recrutés par chaque partenaire technique du consortium afin de les impliquer tout au long des phases de développement et de tenter de co-construire une réponse technologique au plus juste, de personnaliser cette réponse et de former les utilisateurs (notamment autour de la création d’un club de « sport avec prothèse »).
PI2 IMM : Interactive Mobile Manipulation
Les objectifs du projet IMM sont de développer un nouveau manipulateur mobile interactif polyvalent, capable de naviguer en intérieur/extérieur pour des applications industrielles et agricoles, tout en garantissant son intégration dans la société. Ces deux objectifs (technologique et sociétal) iront de pair pendant toute la durée du projet, grâce à un processus itératif, constitué d'échanges réciproques et réguliers entre roboticiens et chercheurs en sciences humaines et sociales. Pour ce faire, nous avons mis en place un consortium interdisciplinaire, couvrant un large spectre de sujets de recherche, incluant la robotique, la sociologie, l'ergonomie, les sciences de la communication et l'anthropologie. Sur le plan méthodologique, nous commencerons nos études sur des plateformes existantes, développées depuis une dizaine d'années en France, et qui ont démontré leur efficacité et leur robustesse dans des situations quasi-écologiques. Ensuite, nous transférerons progressivement les connaissances acquises (à la fois technologiques et sociétales) vers le nouvel IMM, qui démontrera les résultats du projet à la fin de ces passionnants 96 mois.
PI3 : ASSISTMOV
Le projet intégré PI3 “ASSISTMOV”, composé d’une équipe pluridisciplinaire ingénierie et de Sciences Humaines et Sociales (SHS), cible le cas d’usage de l’utilisation de la robotique d’assistance au mouvement de personnes en situation de handicap (PSH). A travers le développement d’une gamme d’exosquelettes (membres inférieurs et supérieurs), ce projet vise une technologie de rupture pour une interaction fluide et robuste à la variété d’environnements et d’usages (de la rééducation à la vie quotidienne). Le projet suivra la philosophie proposée dans ce PEPR dont le but est de repenser la conception des robots depuis le matériel jusqu’au logiciel, de manière à favoriser l’adaptation sociale et l’inclusion. Centrée sur une vision globale de l’usage dans son écosystème, cette approche innovante intégrant les SHS, questionnera la pertinence des orientations technologiques existantes et projetées que ce soit par rapport au membre supérieur (MS) ou inférieur (MI).
Pour ce faire, ASSISTMOV va tenter de remettre en question l’état de l’art et de proposer des solutions de rupture, sur le plan de l’actionnement, de la structure, de la commande, de la génération de mouvement, de la détection d’intention ou encore de la perception et de la compréhension de l’environnement. Cet état de l’art est conséquent. S’il est a priori bien connu du consortium, la centration sur les usagers et les usages (i.e. trajectoires) est souhaitable pour appréhender l’ensemble des dimensions sous-tendant la diffusion et les dynamiques de réception d’une technologie au sein d’une société donnée (e.g. éthique, liées aux perceptions des groupes sociaux).
L’implication des SHS permettra l’étude des expériences de vie des bénéficiaires directs et indirects de l’assistance au mouvement. Il s’agira de prendre en compte l’ensemble de l’écosystème, des interactions entre humains et environnement matériel pour faciliter l’émergence de solutions techniques et leur appropriation. La finalité de ces explorations est autant diagnostique que prospective car elles visent l’analyse de l’activité et des points de vue des usagers actuels comme l’exploration d’autres opportunités (e.g. explorations design, implications juridiques, psycho-sociales et éthiques) pour alimenter la réflexion des roboticiens avec des éléments issus du terrain (e.g. référentiel d’activité des dispositifs existants, cartographie des usages réels ou attendus, catalogue d’idées innovantes en s’appuyant sur des objets intermédiaires). Plusieurs expertises complémentaires relevant des SHS seront mobilisées (i.e. anthropologique, clinique, design, éthique, psychologique, économique) de l’émergence de l’idée (i.e. posée en amont/début du projet par les roboticiens) à la conception puis au développement des solutions techniques constitutives des futurs exosquelettes. L’intervention des SHS sera donc continue.
L’intervention des SHS engendrera aussi des études in-situ et si possible longitudinales des solutions technologiques développées par les roboticiens durant le projet pour pouvoir répondre aux questions d’impact psychologique (e.g. sentiments d’auto-efficacité et de contrôle), social (e.g. perceptiond’autrui, effet transformant de la technologie sur l’activité), anthropologique (e.g. imaginaires humain/machine et cadres normatifs ; usages, expériences et agencements corps/ technologie/environnement, analyses comparatives exosquelettes/prothèses explorées dans le PI1), ou encore les aspects écologiques, éthiques et médico-économiques.
Les objectifs de cette démarche itérative au sein du projet ASSISTMOV sont de proposer des démonstrateurs robotiques socialement adaptés (Challenge 1) en garantissant une interaction fluide(Challenge 3) basée sur une architecture matérielle et logicielle robuste à une variété d’environnements et d’usages (Challenge 2).
AS1 : Matériau, architecture et intelligence incarné
Alors que la crise écologique nous pousse à prendre de plus en plus en compte les différents types de vie qui constituent nos environnements, et cela jusqu’à la matière elle-même, comment concevoir de nouvelles formes de robotique davantage adaptées à nos environnements et vecteur d’“acceptabilité” et même de “désirabilité” ? L’action structurante 1 du PEPR “Robotique organique” propose de répondre à cette problématique grâce à une approche hybride, tant d’un point de vue matériel que disciplinaire, en impliquant aux côtés des sciences de l’ingénieur et de la communication aussi bien anthropologie, sciences cognitives, qu’art et design et philosophie.
À travers le champ de la robotique de manipulation, les travaux menés s’attacheront à l’intégration de la souplesse dans le robot : dans sa matière pour une intelligence qui soit incarnée, conduisant à repenser sa programmation, dans son architecture en lien avec sa commande, dans la relation humain-robot, et dans la composition des technologies exploitées pour le rendre éco-soutenable tout en conservant les caractéristiques désirées. Plusieurs formes de robots seront considérées, où le recours à la souplesse est introduit matériellement et logiciellement, par les matériaux ou l’architecture, notamment avec des robots souples, continus, ou tensègres ou hybrides.
Dans ce projet, la souplesse est vue comme un moyen de repenser la conception du robot. En travaillant sur la question de la manipulation en lieu partagé, dans une interaction humain-robot synchrone ou asynchrone, ce sont trois temporalités qui seront considérées et articulées : 1- l’amont - quelles ressources matérielles peuvent être mobilisées, suivant une démarche relevant de l’écoconception - ; 2- la relation à l’environnement, ici et maintenant, intégrant l’interaction humain machine dans une perspective collaborative ; 3- l’aval - quelles relations évolutives et durables d’un tel robot avec leur environnement et l’humain à court, moyen et long terme.
Si la souplesse est d’abord comprise comme un registre matériel, c’est, plus fondamentalement, une façon d’être au monde. Celle-ci peut alors être envisagée du point de vue des différentes disciplines mobilisées pour constituer une véritable raison d’être comme une raison de faire. En effet, plutôt que d’agir sur l’environnement, il s’agit davantage, à travers l’intégration de cette souplesse, d’agir AVEC l’environnement, de mieux s’y adapter pour répondre à un besoin d’acceptabilité et, même, de désirabilité, de ces nouvelles formes de robotique qui sauront mettre à profit une encorporation tant attendue, aussi bien sur le plan matériel, logiciel qu’environnemental.
AS2 : Mouvement en interaction physique et socialement adapté
L’objectif de cette action structurante est de repenser la problématique de la génération de mouvement des systèmes robotiques en l’abordant dans sa globalité et en redéfinissant les objectifs de recherche en lien avec les sciences humaines et sociales. Elle vise d’une part à développer des solutions technologies, des méthodes et des logiciels innovants pour conférer à ces robots de nouvelle génération des capacités avancées de planification et de commande de leurs mouvements et d’autre part à garantir que les actions motrices produites par ces systèmes seront bien adaptées à l’humain. Ces systèmes devront être capables d’interagir physiquement avec leur environnement et avec l’humain pour réaliser un large panel de tâche allant de la locomotion agile à la manipulation dextre en passant par la réalisation de tâches collaboratives. Parmi les objectifs clés liées à ces développements, il s’agira de rendre ces robots capables d’anticiper leurs mouvements mais également de les adapter pour réagir à des évènements imprévus et de mettre en œuvre des stratégies de commandes robustes pour garantir la bonne exécution des tâches et la sécurité de l’humain. La question de l’autonomie du mouvement de la machine et de partage du contrôle lors de tâches collaborative sera également essentielle au regard des applications et des besoins. Dans tous les cas il s’agira de s’assurer de la durabilité des approches développées au regard des défis environnementaux et sociétaux.
AS3 : Décision, apprentissage et interaction sociale
Le défi scientifique majeur de cette action structurante est de jeter les bases de nouveaux algorithmes de décision, d'apprentissage et d'interaction centrés sur la société. Nous avons identifié 4 défis clés qui seront au cœur du développement scientifique de ce projet : l'anticipation et la prediction humaine, l'interaction multimodale, l'apprentissage au cours des interactions et la confiance. Notre approche pour relever ces défis consiste à concevoir et à mener des études d'observation conjointes sur le terrain, par des experts en robotique et en sciences sociales. L'analyse conjointe des études de terrain aura un impact sur la conception de nouvelles théories, de nouveaux modèles et de nouveaux algorithmes, en tenant compte des aspects humains et sociétaux de ces défis. Dans la première partie du projet, le consortium se concentrera sur les manipulateurs mobiles, en utilisant des plateformes facilement disponibles dans le consortium pour mener des expériences avec des humains en public et sur les lieux de travail. Dans la seconde partie du projet, le consortium élargira son champ d'investigation aux robots portables, avec un degré plus élevé d'incarnation et d'interaction physique. L'objectif est d'informer le développement des plateformes dans PI1-2-3 et d'identifier les liens bidirectionnels avec AS1, AS2 et AS4.
AS4 : Modélisation, simulation, multi-échelle et biomécanique
Dans le cadre du programme 02R qui vise à la recherche et au développement de la robotique adaptée socialement, l’action structurante AS4 “Modélisation, simulation, multi-échelle et biomécanique” se positionne dans le projet comme une action transversale ayant pour objectif principal de fournir de nouveaux modèles et de nouvelles méthodes pour la conception, la fabrication et le contrôle de robots socialement adaptés. Ces robots que l’on peut supposer compliants, i.e. capable de se déformer ou de se conformer à son environnement, sont composés pour tout ou partie de structures déformables potentiellement actionnables. Ces structures déformables présentent un potentiel d’application très important car elles permettent la reproduction de phénomènes plus réalistes, précis et adaptés à l’utilisateur. Ces structures déformables requièrent des matériaux, des capteurs et des actionneurs récents et relativement peu étudiés dans la recherche en robotique et nécessitent une modélisation beaucoup plus complexe qu’en robotique rigide. De même, la simulation de ces composants imposent d’avoir une approche unifiée et couplée qui soit à la fois multi-physique (pour la prise en compte d’actionneurs piézoélectriques), multi-échelles (pour capturer précisément les différents phénomènes physiques), rapide ou temps-réel. Les retombées de cette action structurante peut nourrir plusieurs autres partie du programme O2R: par exemple l’utilisation de modèles et de la simulation peut être utilisée dans l’action structurante AS1 comme outil d’aide à la conception, dans l’action structurante AS2 pour le contrôle de robots ou dans l’action structurante AS3 pour l’apprentissage ou la planification et par extension les 3 projets intégrés du programme.
