Le robot Poppy Humanoïde comme coach pour la rééducation fonctionnelle
La rééducation fonctionnelle cible entre autres l’amélioration des capacités motrices de patients qui souffrent de handicaps moteurs, dû par exemple au grand âge, à un accident ou une opération. Les soins incluent des séances d’exercices physiques de renforcement musculaire ou d’étirement.
Ces exercices doivent être programmés sur une longue durée, souvent de plus de 6 mois. La prise en charge comprend généralement un mois de prise en charge aux services de rééducation, suivi de mois d’exercice a la maison avec un suivi régulier avec les soignants. Or, le constat des soignants semble être qu’à mesure que le temps passe, les patients perdent la motivation et ne s’exercent plus de manière aussi assidue à la maison. Ils cherchent donc une manière de maintenir la motivation des patients.
Une idée serait de leur proposer un companion incarné qui puisse suivre et interagir avec le patient pendant ses séances d’entrainement. Une forme possible est un robot coach qui peut accompagner le patient, en faisant des démonstrations des exercices à faire et en leur donnant des conseils pour améliorer leur performance.
Le choix du robot
Qu’est-ce qui caractérise le robot Poppy Humanoid ? Son assez grande taille et ses nombreuses articulations en font un robot particulièrement adapté au problème de la reproduction d’exercices de kinésithérapie. Sa structure permet de facilement ajouter et adapter de nouvelles pièces obtenues par impression 3D, ce qui le rend versatile et facilement personnalisable selon les utilisations que l’on voudrait en faire. Il existe de nombreux robots sur le marché qui auraient pu correspondre plus ou moins bien aux besoins d’un robot coach pour des exercices physiques, et en particulier les exercices pour ciblant la lombalgie. Le choix s’est porté sur le robot Poppy, d’une part pour sa facilité d’utilisation, de l’autre pour sa structure. En effet, il fallait un robot d’une morphologie anthropomorphique, proche de celle humaine. Or Poppy a été conçu en respectant les proportions d’une personne humaine. En particulier, Poppy possède une colonne vertébrale articulée, contenant cinq moteurs, ce qui le démarque complètement des autres robots humanoïdes. Le total de 25 moteurs dont 5 pour le torse, permettent au Poppy d’imiter les mouvements faits par des humains de manière plus naturelle que le pourraient d’autres robots. Les images ci-dessous montrent la partie supérieure de Poppy en train d’utiliser sa colonne vertébrale pour tourner.
De plus, le projet Poppy est open-source, avec à la fois le code et le matériel à disposition de tous. Poppy est totalement programmable. Nous pouvons facilement programmer le robot à la fois le haut et le bas niveau. D’un autre coté, on peut aussi adapter la morphologie, car le plan de montage et le plan des pièces 3D est disponible, ce qui permet de créer de nouvelles pièces 3D et de les imprimer soi-même. Ainsi, nous avons ajouté un poignet pour réaliser les exercices que nous avons identifié avec les thérapeutes.
Le choix du capteur
Cependant, Poppy est seulement doté d’une camera 2D, ce qui ne permet pas une analyse des movements humans de manière aisée. C’est pourquoi nous avons complémenté notre dispositif d’une camera Kinect 360. La Kinect extrait automatiquement et en temps réel les poses humaines, avec les positions des articulations et les orientations des membres. Notre choix a été guidé par le bas coût et la facilité d’utilisation pour les soignants et les patients. Elle a aussi l’avantage d’être un capteur non invasif qui ne requiert ni marqueurs ni des vêtements spécifiques. Enfin, sa mise en place pour utilisation est aussi rapide.
Le choix des exercices
Les choix de robot et de capteur amène des contraintes sur le choix des exercices que le dispositif peut superviser.
Premièrement, les exercices doivent être réalisables par le robot. Malgré ses 25 degrés de liberté, cela reste inférieur aux degrés de liberté d’un humain, et ses mouvement restent encore limités. Une des difficultés majeures est que Poppy Humanoïde doit se tenir en équilibre pendant la durée de l’exercice. Or Poppy ne tient pas debout en équilibre de manière stable.
Deuxièmement, les exercices doivent pouvoir être bien captés par la Kinect: les articulations doivent être bien détectés sans quoi l’analyse de movement serait totalement faussé. Par exemple, la Kinect ne détecte pas bien quand des parties du corps sont cachés, ou collés l’un à l’autre.
Un exemple d’exercice que nous avons choisi est illustré ci-dessous : on lève d’abord les bras devant le visage, puis on écarte les bras, on les tient quelques secondes à 180 degrés avant de ramener les bras devant le visage et de recommencer. A la fin, on pourra baisser les bras.
