Lieu du stage et encadrement
Le stage sera effectué dans le cadre d’une collaboration entre l’équipe projet AUCTUS (INRIA Bordeaux Sud Ouest, Rezzoug Nasser) et le laboratoire PsyClé EA 3273 (Université Aix-Marseille, Brice Isableu). Le stage se déroulera dans les locaux du laboratoire PsyClé (Aix en Provence) sous la direction de Brice Isableu (PU, centre PsyClé) pour les aspects contrôle moteur et de Nasser Rezzoug (MCF HDR, équipe projet AUCTUS BSO) pour les aspects biomécaniques.
Objectif du stage
A l’ère de l’industrie 4.0, l’être humain va être amené à collaborer de manière de plus en plus étroite avec des robots dans le cadre d’une interaction physique (pHRI : physical human-robot interaction) voire à être “augmenté” par l’adjonction de nouveaux degrés de liberté (exosquelettes). Ce mode d’interaction nouveau pose encore bien des questions au sujet de l’intégration des degrés de libertés supplémentaires à gérer par le système nerveux central et la manière dont le comportement humain va être modifié, notamment son expertise, du fait de l’interaction. Ainsi, l’objectif de ce stage est d’étudier la dynamique de la coordination intersegmentaire dans le cadre de l’augmentation du corps à l’aide de degrés de liberté additionnels. En particulier, nous cherchons à étudier comment les couples articulaires non musculaires sont coordonnés. Le paradigme expérimental consiste à effectuer une tâche de pointage avec le membre supérieur auquel est adjoint des mobilités supplémentaires par l’intermédiaire d’un système comportant deux barres articulées non motorisées. Afin d’effectuer le pointage, le participant devra utiliser les couples dynamiques d’interaction afin de mettre en mouvement les degrés de liberté additionnels. L’objectif est alors d’étudier comment la dynamique intersegmentaire est modulée en fonction de l’apprentissage de la tâche (notamment les erreurs de pointage sur la cible), des postures initiales et des caractéristiques mécaniques (inertie et dimensions) de l’extension du corps. L’hypothèse formulée est que le système nerveux central est capable d’intégrer les mobilités supplémentaires et de générer les couples d’interaction efficaces afin d’accélérer ou de freiner les degrés de liberté non motorisés en complétant ou diminuant la contribution des couples musculaires. Le stage comprend un volet de modélisation biomécanique, un volet expérimental et éventuellement de simulation suivant l’avancée.
Modélisation
Il nécessitera la mise en place d’un modèle dynamique inverse du membre supérieur intégrant le dispositif d’extension du corps. Les contributions des couples devront être explicitées (liées aux accélérations articulaires, gravitaires, de Coriolis et centrifuges). Dans une première étape ce modèle sera plan et comportera 4 degrés de liberté (épaule, coude, poignet et degrés de liberté lié à la double barre).
Expérimentation
Une expérimentation sera menée afin d’évaluer les contributions des différentes natures de couples articulaires lors d’une tâche de pointage. La capture du mouvement sera effectuée à l’aide d’un système optoélectronique Qualisys doté de 6 caméras. Le fait que le degré de liberté additionnel n’est pas actionné implique que seuls les couples d’interactions seront utilisés afin de le mettre en mouvement et de le freiner mettant en exergue leur importance. Un des objectifs sera également de fournir une représentation graphique des interactions entre segments qui soit facilement interprétable.
Simulation
Suivant l’avancée, la tâche de pointage pourrait également être simulée en utilisant des outils issus de la robotique dans le cadre de la commande de systèmes sous-actionnés. La comparaison avec les résultats expérimentaux pourraient donner des informations sur la gestion par le SNC des degrés de liberté additionnels.
Profil recherché / pré-requis
- M2 recherche en biomécanique/robotique
- Bonnes connaissances en mécanique des solides rigides, de la modélisation polyarticulée (cinématique, écriture de modèles dynamiques inverses) et des modèles biomécaniques humains;
- Des connaissances en contrôle moteur humain seront appréciées;
- Des connaissances sur les techniques de mesures du mouvement humain par systèmes optoélectroniques seront appréciées;
- Goût pour l’expérimentation et l’analyse du mouvement humain;
- Bonnes capacités et intérêt pour le codage informatique. Le code sera implémenté en Matlab
- langues : anglais indispensable (bibliographie, documentation logicielle).
- Les qualités recherchées chez le/la stagiaires sont, l’esprit d’initiative, la curiosité, l’autonomie et la rigueur scientifique.
Déroulement du stage
Le stage se déroulera dans les locaux du laboratoire PsyClé à Aix en Provence. La durée maximale du stage est de 6 mois. Selon la disponibilité du candidat, il pourra commencer dès mars 2022. Le temps de travail hebdomadaire est de 35h. Le stage est indemnisé (pour mémoire, cette indemnisation s’élevait à environ 560 €/mois en 2021).
Atouts du stage
Au cours de ce stage, l’étudiant(e) pourra :
- Approfondir et mettre en pratique ses connaissances dans le domaine de la biomécanique, du contrôle moteur et de l’analyse du mouvement dans le cadre d’un protocole expérimental original;
- Développer ses compétences en informatique.
- Merci d’envoyer CV, lettre de motivation et relevé de notes du M1 ou école d’ingénieur à : Nasser Rezzoug (nasser.rezzoug@inria.fr) et Brice Isableu (brice.isableu@univ-amu.fr)