De l’IA dans une prothèse de main robotisée
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Publié le 27 mars 2019
Hamayal Choudhry et Samin Khan ont imaginé une prothèse de main robotisée dans laquelle ils ont injecté de l’intelligence artificielle. Pour concrétiser leur projet, ils bénéficient du soutien des chercheurs et des ingénieurs de Microsoft.
En août 2018, Hamayal Choudhry et Samin Khan, deux étudiants canadiens, ont remporté l’Imagine Cup, les « Jeux Olympiques de la technologie », grâce au prototype de leur smart arm, une prothèse de main robotisée dans laquelle ils ont eu l’idée d’intégrer une caméra. En mobilisant des technologies d’intelligence artificielle, et notamment de la vision par ordinateur, la prothèse peut identifier les objets que son porteur essaye de prendre en main et calculer ainsi seule la meilleure prise pour le saisir.
Entre 8 000 et 15 000 personnes amputées d’un membre supérieur en France
D’après l’association de défense et d’étude des personnes amputées (ADEPA), on compte plusieurs milliers de personnes amputées d’un membre supérieur dans l’Hexagone. Et, toujours selon l’association, les deux tiers auraient moins de 40 ans.
Il existe déjà des prothèses robotisées sur le marché. Problème, elles sont onéreuses, souvent au-delà de 25 000 €, et complexes à utiliser. En effet, la plupart sont myoélectriques, c’est-à-dire qu’elles fonctionnent grâce aux contractions musculaires du porteur : des capteurs placés contre la peau détectent ces contractions et les transforment en commandes destinées à contrôler la prothèse. Seulement, pour apprendre à contrôler ces contractions, un travail de rééducation important est nécessaire afin que porteur modifie certains automatismes. A l’issue de ce travail, il ne doit ainsi plus penser à ouvrir et fermer (sa main), mais à tendre et relâcher (ses muscles).
« Nous sommes les premiers à avoir eu l’idée d’ajouter de la vision par ordinateur à une prothèse, explique Hamayal Choudhry. En fait, ce que nous avons imaginé, c’est une prothèse avec un coût de revient assez faible et un très haut niveau de fonctionnalité. Et ça, c’est quelque-chose qui n’existe pas actuellement dans le secteur. »
Parmi les avantages pour les utilisateurs, outre le coût, il y a la facilité d’utilisation. « Nous proposons un appareil avec lequel une personne amputée va pouvoir interagir sans avoir à passer par une longue phase d’apprentissage, poursuit Hamayal Choudhry. Nous avons en effet constaté que, pour ce public, il était vraiment contraignant d’utiliser des appareils myoélectriques. Avec notre prothèse, c’est la caméra qui fait tout le travail : une fois enfilée, on peut l’utiliser immédiatement. »
La vision par ordinateur, pour apporter de l’intelligence à la prothèse
Les images capturées par la caméra intégrée à la prothèse sont traitées grâce à la vision par ordinateur. Ce service cognitif, qui appartient au spectre de l’intelligence artificielle, permet de reconnaître des caractères (mots ou phrases) sur une image, détecter des lieux ou des célébrités, analyser des vidéos en temps réel… Dans le cas de smart arm, elle permet d’identifier des objets pour ensuite calculer la meilleure prise.
Mais la vision par ordinateur n’est pas le seul point fort de smart arm. « La conception de notre prothèse a nécessité énormément de recherches, et beaucoup de ses composants sont de véritables innovations industrielles », note Samin Khan.
Les créateurs de smart arm ont tous les deux de nombreuses années de recherche derrière eux. Hamayal Choudhry est étudiant-chercheur en mécatronique à l’université d’Ontario et a fait un stage chez Tesla, en Californie, en 2018. Samin Khan est assistant de recherche à l’université de Toronto et spécialiste des sujets de machine learning.
Imagine cup, l’opportunité qui a fait décoller le projet
En 2018, Hamayal Choudhry et Samin Khan remportent l’Imagine cup, une compétition prestigieuse organisée chaque année par Microsoft et qui réunit des dizaines de milliers d’étudiants venus du monde entier.
Absolutely surreal having won @Microsoft’s #ImagineCup 2018 ? . Utmost gratitude to everyone’s support w/ @smartARMca through our journey. That’s one for @Canada. ?? Let’s arm the world for the future. pic.twitter.com/KVQD4xeqNk
— Hamayal Choudhry (@HamayalC) 1 août 2018
Pour le duo, c’est l’occasion de nouer de précieux contacts : avec des acteurs de l’impression 3D, mais aussi avec le monde de la santé. « C’est par ce biais que nous avons pu intégrer des essais cliniques et voir comment fonctionnait notre prothèse pour les patients », se rappelle Hamayal Choudhry.
« Les contacts suite à l’Imagine cup ont été fascinants », ajoute Samin Khan. « Beaucoup de personnes de chez Microsoft sont devenues nos mentors, indique Hamayal Choudhry. Nous travaillons avec les services cognitifs de Microsoft et nos contacts au sein de l’entreprise nous guident dans la conception de notre produit. Et bien sûr, pour nous, cette collaboration avec Microsoft est aussi la possibilité de nous faire connaître en participant à des événements comme Microsoft experiences 18. »
Les services cognitifs de Microsoft permettent de faciliter l’accès à l’intelligence artificielle. Concrètement, il s’agit d’un répertoire d’applications pouvant imiter des capacités humaines (vision, langage, recherche…). Ces applications peuvent être mobilisées dans de nombreux scénarios. Dans le cas de la vision, il peut par exemple s’agir de reconnaître des scènes ou des activités dans des images, de détecter et d’identifier des visages ou de repérer des émotions.
En route vers l’industrialisation
Prochaines étapes pour les deux concepteurs ? Affiner les coûts liés aux technologies pour trouver le juste équilibre et poursuivre les essais cliniques pour toujours perfectionner les mouvements de la prothèse.
S’il est encore trop tôt pour définir une date de mise sur le marché pour smart arm, les avancées liées aux recherches de Hamayal Choudhry et Samin Khan sont des signaux encourageants, qui permettent d’inscrire l’intelligence artificielle dans un courant positif pour la société. En mettant des innovations comme la vision par ordinateur au service de la santé, le projet s’inscrit dans la démarche IA for good portée par Microsoft et fait écho à la volonté de son CEO, Satya Nadella, de faire de la technologie un vecteur d’inclusion et d’empowerment.
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