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Emergences

Lettre d'information n° 27

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Des yeux pour les fauteuils roulants

Dotés de caméras et d'un système de navigation basé sur la vision, les fauteuils électriques pourraient aider les handicapés à se déplacer d'une façon plus autonome dans les hôpitaux ou les maisons de retraite. Au centre rennais d'Inria, les scientifiques Marie Babel et François Pasteau conçoivent les algorithmes qui permettront à ces fauteuils de trouver un jour le bon chemin.

Dotés de caméras et d'un système de navigation basé sur la vision, les fauteuils électriques pourraient aider les handicapés à se déplacer d'une façon plus autonome dans les hôpitaux ou les maisons de retraite. Au centre rennais d'Inria, les scientifiques Marie Babel et François Pasteau conçoivent les algorithmes qui permettront à ces fauteuils de trouver un jour le bon chemin.

Couloirs labyrinthiques, passages encombrés, ascenseurs étriqués, meubles mal placés et obstacles en tous genres. Pas toujours facile de manœuvrer un fauteuil roulant. Surtout quand on est très handicapé. “Il suffit d'observer les marques de peinture sur les murs pour comprendre l'ampleur du problème, résume François Pasteau, ingénieur de recherche au sein de Lagadic, une équipe spécialisée en robotique (1). Un mode de navigation autonome pourrait donc s'avérer fort utile, en tout cas pour certaines personnes. Notre objectif est d'élaborer un système de navigation basé sur la vision dont on puisse ensuite équiper les fauteuils électriques ordinaires.

Ces recherches sont réalisées dans le cadre du pôle de compétitivité Images et Réseaux. “Nous travaillons en partenariat avec deux PME locales, explique Marie Babel, la scientifique en charge du projet (2). L'une est AdvanSEE, une entreprise nantaise spécialisée en électronique embarquée. Ils nous fournissent les caméras et l'architecture matérielle. Ils intégreront nos algorithmes dans leurs solutions. Basée à Rennes, la seconde s'appelle Ergovie. Il s'agit d'un fournisseur de fauteuils roulants. Ils gèrent 24/24 h un parc de quelques 1 700 fauteuils. Ils ont accumulé une énorme expérience de terrain sur l'usage de ces équipements, dans un domaine où cela va de la pathologie légère aux handicaps les plus lourds. Infirmité cérébrale, déficience visuelle, paralysie...  De ce fait, “ils sont les mieux placés pour évaluer les idées que nous pouvons émettre, ajoute François Pasteau. Ils vont nous dire ce qui est réalisable ou pas. Car ce qui prime dans ce projet, c'est le facteur humain. En d'autres termes le degré d'acceptabilité d'une telle technologie.

Le fauteuil fonctionnera sous ROS, le système d'opération phare de la communauté robotique open source. “Nous nous appuyons aussi sur ViSP. Il s'agit d'une librairie créée par l'équipe Lagadic pour aider au développement d'applications en asservissement visuel,” explique Marie Babel.

Passer les portes

Dans une première étape, les chercheurs se concentrent sur la reconnaissance automatique des encadrements de portes. “Nous parlons ici des embrasures, précise François Pasteau. Nous considérons que ces portes elles-mêmes sont déjà ouvertes. Pour autant, négocier le passage n'est déjà pas si facile. Les personnes en fauteuil heurtent régulièrement l'encadrement en raison d'une mauvaise vue, d'une perception spatiale altérée ou d'un manque de précision dans la manipulation du joystick.”  En utilisant les lignes géométriques et l'estimation des points de fuite, “notre système fournit une stratégie de positionnement permettant de passer sans encombre. Cela dit, la personne reste en contrôle de son fauteuil. Si elle lâche le joystick, la machine s'arrête.

Parmi les obstacles figure aussi le problème du pilotage des fauteuils. “Ces véhicules se déplacent selon une trajectoire très spécifique. Elle impose beaucoup de repositionnement.” Autre contrainte : la nécessité de minimiser la complexité algorithmique. En effet, les batteries électriques ne sont pas conçues pour alimenter de grosses unités de calcul. Conséquence : “il nous faut des algorithmes plus économes en ressource, indique Marie Babel. Mais d'un autre côté, nous devons rester proches du temps-réel. D'après une étude effectuée par Ergovie, la latence admissible est de l'ordre de 60 ms.

Vers la navigation complètement autonome

Dans un deuxième temps, les scientifiques souhaitent élaborer un mode de navigation complètement autonome. “Imaginons une structure accueillant des personnes âgées. C'est l'heure d'aller à la séance de kinésithérapie. Mais la salle se trouve à l'autre bout du bâtiment. Et bien le fauteuil va pouvoir trouver son chemin à travers le dédale de couloirs et se rendre au lieu convenu. Cela en évitant toute sorte d'obstacles, y compris des personnes.” Ce défi plus ambitieux pourrait faire l'objet d'un autre projet qui  serait élargi afin d'accueillir la branche gériatrie des Hôpitaux de Paris.

La navigation autonome ne reposerait pas uniquement sur la reconnaissance visuelle d'un environnement inconnu. Elle prendrait aussi en compte une connaissance a priori du plan d'architecture. “Ces fonctions de localisation nous sont apportées par le laboratoire Heudiasyc de l'université de Compiègne (3). Cela dit, disposer du plan des lieux ne suffit pas. Il n'indique ni la position des meubles, ni les obstacles en mouvement, comme les personnes par exemple. Nous souhaitons donc fusionner les deux approches : localisation et reconnaissance visuelle.

Initiative PAL

Outre l'évitement d'obstacle et la prédiction de mouvement, le logiciel prendra aussi en compte quelques conventions sociales élémentaires. Les règles de savoir vivre interdisent par exemple de se faufiler entre deux personnes en pleine conversation. “Sur cet aspect, nous travaillons avec E-motion, une équipe Inria de Grenoble.” Cette collaboration intervient dans le cadre d'une initiative d'envergure nationale baptisée PAL (Personally Assisted Living). Elle fédère les travaux de plus de 10 équipes Inria (4) investies sur les technologies d'assistance à la personne. “Le but est de partager l'effort et les compétences disponibles. D'ailleurs, à ce titre, pour nous, PAL joue un rôle essentiel.

 

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Notes :

(1) Lagadic est une équipe localisée à Rennes et Sophia-Antipolis. La partie rennaise est Inria / Université Rennes 1 / CNRS, commune  à l''Irisa (UMR6074).  François Pasteau et Marie Babel sont tous deux membres d'Insa Rennes.
(2) Débuté en septembre 2012, le projet Apash court sur deux ans. Partenaires académiques : Irisa/Inria, IETR et LGCGM.  Partenaires industriels : AdvanSEE et Ergovie.
(3) Heudiasyc est une unité mixte de recherche Université de Technologie de Compiègne - CNRS.
(4) Equipes Inria participant à l'initiative PAL : Coprin, Demar, E-Motion, Lagadic-Rennes, Lagadic-Sofia, Flowers, Maia, Phoenix, Prima, Pulsar et Trio.