Le pilotage lingual : une solution élegante à la problématique des tétraplégiques.

Le pilotage-lingual comme interface des systèmes d'assistance aux personnes lourdement handicapées.

Le pilotage-lingual comme interface des systèmes d'assistance aux personnes lourdement handicapées.

Juin 2008 L'Institut de Technologie de Georgia développe actuellement sous la conduite du Docteur Maysamm Ghovanloo, Professeur Assistant au Département d'Ingénierie Informatique de l'Institut, un concept inédit de contrôle par les mouvements de la langue. L'objectif est d'aider des personnes handicapées, ne pouvant en particulier utiliser leurs mains, à exploiter tout ordinateur ou objet à l'aide de mouvements linguaux.

Un concept simplissime.

Parmi les premiers essais réalisés, le plus spectaculaire et riche de sens est celui entrepris pour faire se mouvoir une chaise roulante électrique, réalisés avec le concours de Xuelang Huo, étudiant chercheur. Pour Maysamm Ghovanloo l'objectif est d'envergure : « Ce procédé pourrait révolutionner le domaine des dispositifs d'assistance en aidant leur utilisateurs, en particulier ceux dont la moelle épinière est le plus touchée, à retrouver la possibilité de se déplacer à volonté et d'utiliser la plupart des objets technologiques pour avoir une vie plus active et plus indépendante ».

La première description complète du système a été faite fin Juin 2008 auprès de la RESNA (Assistive Technology Society of North America) lors de sa conférence annuelle se tenant à Washigton. Il est à noter que le financement de l'étude a pu être réuni grâce à deux fondations : La National Science Fundation et la Christopher and Dana Reeve Fondation.

On ne peut que se souvenir du long combat de l'acteur et de son épouse pour faire bouger les mentalités et les projets dans le domaine de l'assistance aux personnes lourdement handicapées. Par commodité, le système est tout simplement appelé « Tongue-Drive » par ses créateurs, ce que nous interpréterons comme « pilotage-lingual ».

Pour mémoire, on se souviendra que le pilotage lingual a déjà été utilisé par la NASA en particulier dans les casques des astronautes, lors des explorations lunaires et en sortie spatiale pour distribuer de l'eau en particulier. Mais ici, le stade de la pipette est largement dépassé puisqu'il s'agit de diriger des objets complexes, ce qui implique un niveau de finesse de commandes bien supérieur à ce que l'on connaissait. Pour y arriver, l'idée est de combiner un contact contrôlable avec une batterie de récepteurs assez bien répartis pour éviter les fausses décisions.

Or, la langue présente cet avantage remarquable d'être directement commandée par le cerveau via deux nerfs crâniens, le sept et le neuf. Une atteinte de la moelle épinière peut donc être contournée, en résumant, de la façon suivante :

Un équipement simplifié.

Tout d'abord, une petite masse métallique magnétisée, quelques millimètres de long, est insérée sur le bout de la langue, à la manière d'un piercing. Elle se voit rejointe par des senseurs magnétiques, soit collés sur les dents, comme pour un appareil orthodontique, soit placés à l'extérieur de la bouche, jouant le rôle de capteurs de positionnement. Les variations de champ magnétique, les angles, les contacts, forment autant d'indices sur le positionnement de la langue. On dispose alors des données nécessaires au calcul des mouvements de l'insert, il ne reste plus qu'à définir une méthode de contrôle avec la personne équipée. Les données sont transmises en mode RF vers un ordinateur portable placé soit sur le porteur, soit sur le siège à animer.

Dans la pratique, le dispositif a déjà demandé trois années de recherche au groupe animé par Maysamm Ghovanloo, qui observe un avantage induit de sa technique : «  les mouvements de la langue sont rapides et précis, de plus ils ne réclament pas beaucoup de concentration ou d'efforts de réflexion ».

Avec le groupe de capteurs repérant l'insert en temps réel, il est possible aujourd'hui d'émuler les mouvements d'une souris sur un écran, ou ceux d'un joystick pour contrôler à peu près tout ce qui est interfaçable. Autre intérêt de la méthode, des séquences peuvent être déterminées avec l'utilisateur en fonction de sa dextérité, des objets à contrôler ou de ses habitudes.

De cette façon il dispose rapidement d'une large bibliothèque de mouvements : « chaque individu peut potentiellement apprendre à notre système à reconnaître chaque dent comme une fonction particulière » explique Maysamm Ghovanloo, «  cette aptitude permet de constituer autant de commandes que l'utilisateur est capable de mémoriser, c'est un grand avantage par rapport aux dispositifs de commande par succion qui réagissent comme de simples interrupteurs ».

On remarque que cette solution laisse son intégrité physique à son utilisateur, ne nécessitant aucune intervention, si l'on excepte l'éventuel piercing de la langue, moins problématique que l'implantation d'électrodes cervicales.

Une pastille sur la langue

Des tests probants.

 
 
Ci contre : Xueliang Huo utilise sa langue pour manœuvrer le fauteuil motorisé.(Georgia Tech Photo: Gary Meek)

Un protocole, suivi par des volontaires valides, vient d’être achevé. Les opérateurs avaient pour rôle d’apprendre, puis d’utiliser, une série simple de commandes linguales commandant les fonctions qu’une souris standard : mouvements de pointeurs dans les quatre directions et actions de clic et de double clic. Six mouvements de base, mais ouvrant sur un très grand nombre de fonctions, par exemple une navigation dans un OS ou sur le Web, excepté la frappe.
Suivant ce protocole, chaque utilisateur disposait de cinq minutes pour se familiariser avec le système en répétant les séquences une dizaine de fois.
Pendant la session de test proprement dite, l’utilisateur (trice) effectua une série de commandes de curseur vers chaque direction possible. Pour accélérer, on procède à l’instar des souris à roulettes : plus on appui et plus le défilement est rapide. Ici, c’est en maintenant la langue en position que l’on fait bouger le curseur de plus en plus vite.

Les résultats, pour la partie de gestion d’un curseur en pilotage lingual, sont assez impressionnants : le prototype de validation a montré des temps de réponse inférieurs à la seconde avec surtout un niveau de précision de 100 % pour chacune des six commandes du test.
Si l’on exprime en taux de débit, on arrive à une vitesse de transfert de l’ordre de 150 bits par minute, un résultat probant, dépassant largement ceux des interfaces cérébrales. Le tout avec des opérateurs que l’on qualifier de débutants pour la plupart, l’intérêt principal de ce protocole étant de valider la portabilité du concept auprès de tous types d’utilisateurs.

Une autre batterie de tests s’est orientée sur le pilotage de matériel, une douzaine d’étudiants valides étant cette fois confrontés au contrôle d’une chaise mobile. La prochaine étape est pour l’équipe de travailler avec des personnes présentant de graves lésions. Cette suite se fera avec le concours d’un établissement hospitalier d’Atlanta spécialisé dans les soins aux polytraumatisés, le « Shepherd Center » ainsi qu’avec le centre d’Etat d’assistance aux personnes.
Le principe semblant prometteur, l’équipe de recherche a entamé le développement d’un logiciel d’interfaçage du procédé avec une très large variété d’applications de communications, tels que des traitements de textes, des synthétiseurs vocaux et différents systèmes d’utilisations de médias. 
Un autre axe de perfectionnement concerne l’amélioration de l’ergonomie fonctionnelle comme par exemple l’ajout d’une fonction pause permettant tout simplement au bénéficiaire d’utiliser sa cavité buccale pour manger, boire, ou converser, sans risquer de déclencher quoique ce soit, tout en préservant l’énergie du système.
Comme l’exprime son concepteur, Maysamm Ghovanloo « Nous espérons que cette technologie pourra réduire la dépendance des personnes fortement handicapées, en leur donnant l’opportunité de se déplacer et de travailler, tout en réduisant sensiblement les coûts générés par une assistance permanente, que celle-ci soit familiale ou du système de soins ».

Conclusion provisoire.

Le principe du pilotage lingual est exactement ce genre d’avancées astucieuses et cohérentes qui permettent de proposer une solution réellement pratique à celles et ceux qui n’avaient pour perspective que l’assistance lourde ou une inquiétante chirurgie.
Les questions qui se posent maintenant sont liées à diffusion de ce procédé, qui combine une part mécanique, l’insert et les plots magnétiques, électronique, la communication entre les plots et l’ordinateur, et enfin le logiciel interfaçant le positionnement avec autre chose.

Sur le plan industriel on peut imaginer une solution ne nécessitant pas forcément un piercing ni le collage des capteurs, la pose d’une protection de dentier par exemple serait moins invasive pour l’utilisateur. Il n’en reste pas moins que la méthode est élégante et, vraisemblablement, moins coûteuse que ses alternatives, à l’exception des interrupteurs à succion.

Pour en savoir plus :

Research News & Publications Office
Georgia Institute of Technology
75 Fifth Street, N.W., Suite 100

Atlanta, Georgia 30308 USA

Media Relations Contacts: Abby Vogel (404-385-3364); E-mail: (avogel@gatech.edu) or John Toon (404-894-6986); E-mail: (jtoon@gatech.edu).

 

PLGITPHZ2.gif