Les gens se familiarisent avec le fait d’avoir une paire de bras supplémentaire – en VR

Que feriez-vous avec une paire de mains supplémentaire ? L’idée peut sembler peu pratique, comme trop d’une bonne chose. Mais une nouvelle étude suggère que les gens peuvent, en fait, s’adapter à l’utilisation de bras robotiques supplémentaires comme si les membres étaient leurs propres parties du corps.

Pendant des décennies, les scientifiques ont étudié le fonctionnement du cerveau humain lorsque les humains manipuler des outils. On pense maintenant que lorsque vous prenez une clé ou un tournevis, votre cerveau l’interprète comme un substitut de votre propre main. Lorsque vous maniez un long bâton, votre sens de l’espace personnel s’étend sur toute la longueur de l’objet, de sorte que vous ne frappez pas accidentellement quelqu’un avec lorsque vous vous retournez. Mais qu’advient-il de votre perception de votre propre corps lorsque vous ajoutez des pièces entièrement nouvelles au lieu de simplement changer la fonction, la forme ou la taille de celles qui existent déjà ?

Cette question pourrait influencer la conception de nouveaux dispositifs robotiques et d’espaces de réalité virtuelle. De nombreux roboticiens s’intéressent à la construction de systèmes qui donnent aux humains la possibilité d’utiliser des membres supplémentaires et permettent potentiellement aux humains d’effectuer des tâches qui nécessitent un bras ou une jambe supplémentaire, voire une queue. La réalité virtuelle donne aux gens la possibilité d’essayer des expériences qui ne sont pas encore possibles dans le monde réel et d’agir comme des avatars qui peuvent ne pas ressembler du tout à leurs contrôleurs (ou même à des personnes du tout). Cependant, pour être utiles et utilisables, des parties supplémentaires du corps, réelles ou virtuelles, doivent se fondre comme si elles avaient toujours été là. Il est donc essentiel de comprendre si et comment cela est possible pour concevoir à la fois des pièces cyborg réalistes et des jeux vidéo immersifs.

Plusieurs expériences ont tenté de déterminer comment les gens réagissent à avoir un appendice supplémentaire. Dans ces tests, les chercheurs ont équipé les participants d’un bras, d’une main ou d’un doigt supplémentaire en caoutchouc, puis ont touché la fausse partie supplémentaire tout en touchant une vraie partie tactile. Ces expériences ont montré que les gens peuvent sentir que ces membres supplémentaires ou “excédentaires” font partie de leur corps. Mais la question de savoir si les gens peuvent utiliser efficacement des ensembles contrôlables de nouveaux membres n’a pas fait l’objet de nombreuses recherches.

C’était l’objectif d’une nouvelle étude publiée le mois dernier dans Rapports scientifiques. Les chercheurs ont immergé les participants dans un environnement de réalité virtuelle avec un avatar d’eux-mêmes – avec un paire supplémentaire de bras de robot virtuel juste en dessous de leurs vrais. L’environnement VR était crucial pour comprendre comment les humains pourraient s’adapter à d’autres parties du corps robotisées, a déclaré le co-auteur de l’étude Ken Arai, un scientifique en robotique et cognitif à l’Université de Tokyo. Expérimenter avec de vrais bras robotiques pose le défi de les faire bouger sans délai, comme nos cerveaux s’y attendraient de nos vraies parties du corps. Mais en réalité virtuelle, le délai entre l’entrée des capteurs et le mouvement visible des bras virtuels est plus court, ce qui rend l’expérience plus réaliste.

Les participants contrôlaient les bras robotiques simulés à l’aide de capteurs fixés à leurs pieds et à leur taille. Déplacer la jambe inférieure dans le monde physique entraînerait le déplacement du bras supplémentaire de ce côté du corps dans l’espace VR. La flexion des orteils a dit à cette main virtuelle de faire un mouvement de prise. Les personnes qui manipulaient les bras en réalité virtuelle pouvaient également sentir quand les membres interagissaient avec des objets virtuels. Par exemple, lorsque la paume d’une main robotique simulée a touché quelque chose dans l’espace VR, les participants ont ressenti une vibration contre la plante du pied du même côté du corps.

Une fois accrochés à la configuration VR, les participants se sont lancés dans une tâche de coordination, utilisant les bras supplémentaires pour “toucher” des balles qui apparaissaient à des endroits aléatoires. Après chaque tentative, les participants ont évalué dans quelle mesure ils étaient d’accord avec des déclarations telles que “J’avais l’impression que les membres/bras du robot virtuel étaient mes membres/bras” et “J’avais l’impression que les mouvements du bras du robot virtuel étaient les miens.” ils ont effectué la tâche de toucher la balle plusieurs fois, les gens ont réagi plus rapidement – ​​et ils ont également déclaré se sentir plus propriétaires et avoir plus de choix sur leurs nouvelles armes.

Une autre expérience a testé la vitesse à laquelle les humains déplaçaient leurs bras robotiques en réponse à des contacts virtuels. Ici, les participants ont ressenti des vibrations dans leurs pieds alors qu’ils regardaient des objets virtuels toucher leurs membres artificiels, et ont été invités à éloigner leurs bras robotiques de ces objets. Parfois, l’emplacement de la vibration physique sur le pied correspondait à l’endroit où la balle virtuelle touchait le membre – par exemple, une vibration sur le dessus du pied gauche indiquerait un contact sur le dos de la main gauche virtuelle – comme dans le toucher de balle expérimenter. Mais parfois, la sensation ne correspondait pas à l’endroit où l’objet semblait être en réalité virtuelle. Lorsque l’emplacement visible de l’objet VR et l’endroit où il avait l’impression que la jambe du robot était touchée s’alignaient, les participants éloignaient leurs bras du robot légèrement plus rapidement que lorsque la sensation ne correspondait pas à la position de l’objet. Ce modèle a également été observé lorsque la même expérience a été réalisée sur les membres de personnes dans le monde réel. Les chercheurs interprètent cela comme un signe que le sens inconscient de l’espace personnel des participants s’est étendu à la zone visible autour de leurs bras robotiques en réalité virtuelle.

Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que les participants avaient l’impression d’avoir acquis de toutes nouvelles parties du corps – pas seulement comme s’ils avaient allongé leurs pieds existants en ajoutant une nouvelle aide. Cela ouvre potentiellement un monde de possibilités virtuelles et réelles.

“Dans la réalité virtuelle, nous pouvons avoir des avatars de n’importe quelle forme ou dimension”, a déclaré Andrea Stevenson Won, chercheuse en interaction homme-ordinateur qui dirige le Virtual Embodiment Lab de l’Université Cornell et n’a pas participé à l’étude. “Vous pourriez vous donner des ailes et voler dans un espace virtuel et vivre cette expérience euphorique.” En apprenant davantage sur ce que les gens pensent des parties supplémentaires du corps de leur avatar, les chercheurs peuvent concevoir cette expérience. “Comment les gens peuvent interpréter les corps d’avatars, qui n’existent pas physiquement, et y réagir comme s’ils étaient en quelque sorte réels est une question intéressante”, ajoute Won.

Arai, d’autre part, est très enthousiasmé par le potentiel d’étendre ce que les humains pourraient faire dans le monde physique. Les systèmes robotiques existants peuvent littéralement donner aux gens une paire de mains supplémentaire. « Peut-être que cette connaissance [from the VR system] peut également être adapté au système robotique réel. Ce type de boucle de rétroaction sera très important pour améliorer les conceptions de bras de robot redondants “, dit-il. “Nous voulons rendre possibles des choses impossibles pour les humains. Si nous voulons ajouter plus de membres, nous devrions pouvoir le faire. Tout devrait être possible. ”

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