Des rats aux neurones bien branchés

Les spécialistes du cerveau n’en finissent pas de s’émerveiller devant l’incroyable souplesse de cet organe. Cette fameuse “plasticité” de nos neurones nous permettra bientôt de piloter des machines sans utiliser nos membres. Une faculté qui sera sans doute exploitée d’abord par les personnes paralysées ou amputées. La possibilité d’une interface cerveau-machine étant désormais acquise, les chercheurs se penchent sur le confort des futurs utilisateurs. Une équipe constituée de spécialistes de l’université de Californie, à Berkeley, et du Centre Champalimaud pour l’Inconnu de Lisbonne, au Portugal, ont réalisé une expérience spectaculaire dont les résultats ont été publiés sur le site de la revue Nature, le 4 mars 2012.

Des rats ont été équipés d’une interface cerveau-machine, autrement dit d’un système capable de capter des signaux émis directement par le cerveau et de les utiliser pour la commande d’une machine. Dans ce cas, le système convertit les ondes cérébrales en sons audibles. Pour obtenir une récompense sous forme de nourriture, de l’eau sucrée ou des boulettes, les rats doivent moduler le fonctionnement d’un circuit cérébral très précis. Il leur faut en effet modifier la tonalité du son émis par la machine reliée à leur cerveau. Les rats entendent le son produit par le système et ils apprennent à associer les pensées provenant de la partie de leur cerveau connectée à la machine avec l’émission de sons plus graves ou plus aigus. Il n’a pas fallu plus de deux semaines d’entrainement pour que les rats soient capables de moduler ainsi leurs pensées afin de produire le son aigu qui leur permettait d’obtenir des boulettes de nourriture et le son grave qui les gratifiait d’eau sucrée.

Fait encore plus extraordinaire, les rats ont dû, pour atteindre ce résultat, modifier le fonctionnement naturel de leur cerveau. La partie de ce dernier qui était reliée à la machine leur sert habituellement à mettre en mouvement… leur moustache, organe sensoriel précieux. Or, en continuant à exploiter cette région cérébrale de cette façon, ils ne pouvait moduler le son émis par la machine et ils n’obtenaient donc pas la moindre récompense… Et ils se sont révélés capables de modifier le fonctionnement des neurones de cette zone pour obtenir le résultat désiré !

“Cela n’est pas naturel pour les rats”, souligne Rui Costa, l’un des principaux chercheurs portugais. Leur performance “nous apprend qu’il est possible de concevoir une prothèse d’une façon qui ne reproduise pas directement l’anatomie du système moteur pour fonctionner”. En d’autres termes, il n’est pas nécessaire d’utiliser le cortex moteur pour piloter un bras articulé. D’où une plus grande souplesse de programmation des prothèses robotiques commandées par la pensée. L’étude a également montré l’aptitude de la zone du cerveau connectée à passer d’un fonctionnement répétitif (l’actionnement des moustaches) à un processus intentionnel. En effet, les rats ont été capables de moduler la quantité de boulettes et d’eau sucrée qu’ils obtenaient en fonction de leur faim et de leur soif. “Ils ont ainsi contrôlé la tonalité du son émis en absence de tout mouvement physique”, note Rui Costa.

Un réseau d'électrodes fines comme des cheveux utilisé pour capter les signaux provenant du cerveau

Jose Carmena, professeur à l’université de Californie et co-auteur de l’article, tire un enseignement un peu différent, voire opposé, de cette expérience: “Nous espérons que ces nouveaux résultats sur le câblage du cerveau conduiront à la conception d’un spectre plus large de prothèses dont le fonctionnement soit le plus proche possible des fonctions cérébrales naturelles. Ils suggèrent que l’apprentissage du contrôle d’un interface cerveau-machine, qui n’est pas naturel par essence, pourrait finir par être ressenti comme totalement naturel par une personne grâce à un apprentissage utilisant des circuits cérébraux existants pour le contrôle des mouvements”.

Quoiqu’il en soit, la performance des rats ouvre considérablement le champ des possibles pour cette étrange relation qui ne pourra manquer de se nouer entre notre cerveau et les machines. Nul doute que les “interfaces” actuelles (clavier, souris, écrans tactiles, reconnaissance vocale…) paraîtront totalement archaïques d’ici quelques décennies. Au delà des personnes handicapées, ce sont bien les fonctions que nous assurons tous dans la vie quotidienne qui sont concernées. Demain, notre cerveau pilotera de nombreux objets. Si cette perspective peut effrayer, elle reste moins glaçante que son inverse…

Michel Alberganti

 

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L’insecte qui vous espionnera…

Micro-robot insecte - Harvard University

Pendant que la crainte des nanotechnologies monte dans l’opinion publique, ce sont les microtechnologies qui semblent bien les plus immédiatement “prometteuses”. Pour la surveillance, entre autres applications. Qui n’a pas rêvé d’être une mouche capable de s’introduire discrètement dans un bâtiment pour se poser sur une vitre afin d’assister à une réunion confidentielle ?

Bientôt, ce fantasme d’espions de science-fiction pourrait devenir une réalité et l’équipement des soldats et autres agents de sécurité ou des services secrets devra alors s’enrichir… d’une tapette ! On sait que la tapette est l’arme la plus écologique pour se débarrasser des mouches trop familières… Si elle n’est pas encore homologuée pour cet usage, elle a ses chances face à ce que préparent plusieurs laboratoires dans le monde, en particulier aux Japon et aux Etats-Unis.

Recon Scout XT Robot - ReconRobotics

1100 robots rampants pour l’armée

Déjà utilisés sur le terrain, les mini et micro-robots sont des produits commerciaux. L’armée américaine a ainsi passé, le 16 février 2012, une commande de 13,9 millions de dollars à la firme Recon Robotics pour l’acquisition de 1100 robots télécommandés Scout XT. L’entreprise déclare en avoir vendu, auparavant, des centaines à des agences de la police et à des sociétés de surveillance de bâtiments. Chaque robot pèse un peu plus de 500 grammes et possède une résistance remarquable aux chocs. Il peut ainsi être projeté à une distance de 30 mètres et supporter des chutes répétées d’une hauteur de près de 10 mètres sur un sol en béton. Bien entendu, ces gros insectes qui ne ressemblent pas à grand chose de vivant sont équipés de caméras permettant à leurs utilisateurs de voir à l’intérieur des locaux, même la nuit, dans lesquels ils sont jetés, un peu comme des grenades. Dans ce cas, la tapette risque fort d’être insuffisante… De même que l’eau, car le Recon Scout est étanche. Pour s’en débarrasser, le recours au talon reste à tester. Mais ce n’est pas gagné… (Voir la vidéo de démonstration)

Poids plume

Le Mobee avant et après son montage par dépliage - Harvard University

Ces premiers robots insectes rampants d’espionnage feront sans doute d’ici peu figure d’ancêtres mal dégrossis. Les modèles à ailes battantes semblent en mesure de leur voler la vedette. D’autant qu’il ne s’agit déjà plus de mettre au point un prototype en laboratoire mais bien d’industrialiser leur fabrication. De fait, plus la taille des micro-robots diminue, plus l’assemblage des pièces qui les constituent pose problème. D’où l’intérêt du travail du laboratoire de micro-robotique de Harvard, à Cambridge (Massachusetts), qui a révélé, le 15 février 2012, une nouvelle technique de production en série de robots abeilles, baptisés Monolithic Bee ou Mobee, dont la plus grande dimension ne dépasse guère les 25 mm pour un poids plume de 90 milligrammes.

Comme dans les livres animés pour enfants

Pour monter de tels robots capables de battre des ailes comme une libellule, il faut résoudre le problème de la manipulation des pièces microscopiques qui les composent. La solution mise au point par les ingénieurs de Harvard est aussi astucieuse que spectaculaire. Elle suprime la manipulation des pièces en les conservant solidaires les unes des autres. Le robot est fabriqué à plat et il se déplie comme les illustrations en trois dimensions utilisées dans les livres animés pour enfants. La conception fait appel à un matériau multicouches composé de fibre de carbone, film plastique (Kapton), titane, laiton et céramique. Au total, 18 couches sont ainsi laminées ensemble pour former une sorte de mille-feuilles extrêmement fin qui est ensuite découpé au laser. Des charnières sont incorporées à cette feuille pour que le montage du robot soit réalisé d’un coup et qu’il atteigne sa taille finale: 2,5 mm de haut… Le processus complet est détaillé dans cette vidéo :

Point faible : l’énergie

Le résultat, une fois le Mobee débarrasser de sa chrysalide, est spectaculaire. Ce mode d’assemblage automatique pourrait conduire à une production de masse ressemblant à celle des microprocesseurs. Des robots ou des machines automatiques pourront les fabriquer à la chaîne. De quoi faire renaître les terreurs vis à vis des “machines” susceptibles d’échapper au contrôle des humains…

Détail du Mobee - Harvard University

On imagine des milliers de ces abeilles robotisées partant à l’assaut des champs de bataille ou des villes à surveiller. Là encore, les bonnes vieilles caméras de surveillance fixes pourraient devenir rapidement obsolètes. Par chance pour elles, et peut-être pour nous, les robots insectes volants n’ont pas que des problèmes d’assemblages à résoudre avant d’envahir la planète. Leur point faible, par rapport à leur modèles vivants, réside essentiellement dans la source d’énergie. Les batteries de quelques milligrammes ne pourront pas leur assurer une bien grande autonomie. Cette difficulté fait passer celle que rencontrent les voitures électriques pour un jeu d’enfant. D’où les recherches dans la direction d’une forme d’alimentation chimique des robots insectes…
Mais, dans ce domaine, on passe encore sans doute, pour l’instant en tous cas, la frontière de la science fiction…

Michel Alberganti

 

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Robot: un corps avatar à distance

Robot Telesar V de l'université de Keio (Japon)

Robot Telesar V de l'université de Keio (Japon)

D’ici quelques décennies, certains d’entre nous pourraient bien être assistés par un robot personnel. Les progrès dans ce domaine, aussi bien au niveau de la mécanique, de la motorisation, du stockage de l’énergie, des matériaux et de l’intelligence artificielle sont tels que les héritiers (ou les ancêtres…) de R2-D2 et C-3PO, les célèbres robots de la Guerre des étoiles, ne semblent plus très loin d’arriver sur le marché du travail. Il reste à savoir… quelle sera leur forme, leurs aptitudes, leur caractère, leur type de relation avec les hommes. Chez le français Aldebaran Robotics, le choix est clair: après le petit Nao, le grand Romeo doit prolonger la lignée des robots anthropomorphes autonomes avec comme objectif final l’assistance des personnes âgées. L’entreprise affronte directement certains constructeurs japonais comme Honda avec son célèbre Asimo qui multiplie les apparitions publiques ou le HRP-4 de l’AIST (Institut National japonais des sciences et technologies avancées). La NASA expérimente aussi le Robonaut 2 qui a été expédié dans la Station spatiale internationale en février 2011 qui manque, pour l’instant, de jambes.

Interaction dans les deux sens

C’est également le cas de l’une des dernières nouveautés, le robot télécommandé Telesar V de l’université japonaise de Keio. Pour son père, le professeur Susumu Tachi, explique que le robot fournit à son utilisateur un corps à distance. Grâce à lui, il peut non seulement manipuler des objets comme on le ferait avec une télécommande classique de machine mais également de voir, entendre et sentir ce que le robot voit, entend et sent. L’approche est intéressante car l’interaction se produit ainsi dans les deux sens, un peu comme avec les systèmes de retour d’effort des joysticks. Une autre analogie possible est celle des exosquelettes popularisés par Ripley, alias Sigourney Weaver dans Alien le retour (James Cameron, 1986). Dans ce cas, l’utilisateur se trouve à l’intérieur du robot qui sert à démultiplier sa force et son rayon d’action.

Un avatar dans le monde réel

Le corps du Telesar V de Susumu Tachi, lui, est distinct de celui de l’utilisateur. C’est d’ailleurs tout son intérêt pour le public visé, par exemple des personnes privées de l’usage de leurs jambes. Le robot devient alors une réplique mécanique de son corps, d’où son surnom d’Avatar issu du film éponyme (encore James Cameron – 2009). On pense également, bien entendu, aux avatars logiciels permettant aux internautes ou aux adeptes des jeux vidéos de choisir une apparence pour les représenter. Néanmoins, Telesar V se distingue nettement de toutes ces parentés. Sa conception ouvre un nouveau champ  de développement pour la robotique télécommandée. On imagine son couplage avec les systèmes de détection de la pensée comme mode de commande à distance pour des personnes tétraplégiques. De plus, cette approche simplifie le travail du robot lui même. Plus besoin d’une intelligence artificielle complexe pour le rendre autonome. C’est le cerveau de l’être humain qui le pilote qui est à l’oeuvre. La rétroaction, qui transmet à l’être humain les images, les sons et les sensations de toucher captées par le robot, est également très intéressante. L’avatar logiciel ne peut vivre que dans les univers virtuel. Le robot avatar permet à l’homme de se dédoubler dans un univers bien réel.
 

 
Michel Alberganti

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