Des vidéos d’astronautes en train de trébucher sur les roches lunaires ont fait le spectacle lors de leurs visualisations sur Internet, mais tomber dans l’espace peut mettre en péril les missions des astronautes et même leur vie. Placer ses dans une volumineuse combinaison spatiale sous pression peut consommer du temps et de précieuses réserves d’oxygène, et les chutes augmentent le risque que la combinaison soit percée. La plupart des chutes se produisent parce que les combinaisons limitent la capacité des astronautes à voir et ressentir le terrain autour d’eux, de sorte que les chercheurs du Département d’Aéronautique et Astronautique (AeroAstro) du MIT et le Charles Stark Draper Laboratory à Cambridge, Massachusetts développent une nouvelle botte spatiale avec des capteurs intégrés et de petits moteurs «haptiques», dont les vibrations peuvent guider le porteur autour ou sur les obstacles.
Cette semaine, lors de Conférence internationale sur l’interaction homme-machine, les chercheurs ont présenté les résultats d’une étude préliminaire visant à déterminer quels types de stimuli, administrés vers des parties du pied, pourraient fournir de meilleurs indices de navigation. Sur la base de cette étude, ils prévoient d’autres essais utilisant un prototype de la chaussure.
Les travaux pourraient également avoir des applications dans la conception de systèmes de navigation pour les malvoyants. Le développement de ces systèmes a été entravé par un manque de moyens efficaces et fiables en matière de communication de l’information spatiale pour les utilisateurs.
«Un grand nombre d’étudiants dans mon laboratoire sont à la recherche sur la façon dont vous cartographiez des information issues de capteurs portable sur un affichage visuel ou un écran tactile ou un écran auditif, de manière à ce qu’elles soient comprises par un non expert dans les technologies de capteurs, », dit Leia Stirling, professeur adjoint au sein d’AeroAstro et membre du corps enseignant associé à l’Institut du MIT pour l’ingénierie médicale et scientifique, dont le groupe a dirigé les travaux. »
Cette étude pilote initiale a permis à Alison Gibson, un étudiant diplômé en AeroAstro et premier auteur du papier, d’en apprendre davantage sur la façon dont elle pourrait créer une langage pour cette cartographie.
Quoi, où, et quand
Pour l’étude pilote, Alison Gibson a mis au point un dispositif qui dispose de six moteurs haptiques autour de chacun des pieds d’un sujet – respectivement un moteur au niveau du talon, du gros orteil et de la cambrure, et trois moteurs le long du bord externe du pied. L’intensité des vibrations des moteurs pourrait varier de manière continue entre des réglages minimum et maximum.
Une personne place ses pieds dans le dispositif tout en étant assise devant un ordinateur. Le logiciel lui demande d’indiquer si elle ressent les vibrations et à quels endroits du pied. Des essais sont effectués sous deux conditions. Pour la première, les sujets se concentrent sur les stimuli de leurs pieds. Pour la seconde, elles sont distraites par un test cognitif simple: Le logiciel fait clignoter un nombre aléatoire sur l’écran, et le sujet compte vers le haut à partir de ce nombre par trois. La vibration de l’un des moteurs interrompt le comptage, et le sujet fait un rapport sur la sensation.
Chaque sujet se voit demander de faire un rapport sur plus de 500 stimuli individuels, répartis entre les deux conditions.
Les chercheurs avaient envisagé que les variations de l’intensité des vibrations des moteurs pourraient indiquer la distance des obstacles, tels que mesurée par des capteurs intégrés dans la botte. Mais ils ont trouvé que lorsqu’ils sont distraits par des tests cognitifs, les sujets ont des difficultés à identifier une augmentation constante de l’intensité. Et même quand ils s’attendent à des stimuli, les sujets ont encore des difficultés à identifier des baisses d’intensité.
Les sujets ont également eu des difficultés à distinguer entre les emplacements des stimuli sur le bord extérieur du pied. Curieusement, dans 20 % des cas, répartis parmi tous les participants à l’étude, les sujets étaient totalement incapables de discerner les stimuli à faible intensité à l’emplacement du milieu du bord extérieur du pied droit.
La fabrication de la chaussure
Sur la base des résultats de l’étude, Alison Gibson développe une botte avec des moteurs à trois endroits: pied, talon, et à l’avant de l’extérieur du pied – loin de l’endroit intermédiaire où les stimuli parfois ne sont pas détectés.
Les stimuli ne varieront pas de façon continue, mais ils vont passer d’une intensité faible à haute lorsque le porteur risquera une collision avec un obstacle. Les stimuli à haute intensité seront également puisés, pour les aider à se distinguer de ceux de faible intensité.
En principe, le moteur sur le côté du pied pourrait aider à guider l’utilisateur à contourner les obstacles, mais le premier essai de la chaussure se concentrera entièrement sur le problème de l’intensification des obstacles de différentes hauteurs. Les chercheurs évalueront également les signaux haptiques en conjonction avec, et séparément, des signaux visuels, afin de déterminer la méthode optimale de transmission de l’information spatiale.
« Essayer de donner aux gens plus d’informations sur l’environnement – en particulier lorsque non seulement la vision mais que d’autres informations sensorielles, auditives sont compromise – est une très bonne idée», souligne Shirley Rietdyk, professeur en santé et de la kinésiologie à l’Université Purdue qui étudie la neurologie et la biomécanique des chutes. « De mon point de vue, ce travail pourrait être utile non seulement pour les astronautes, mais pour les pompiers, qui ont des problèmes d’interactions avec leur environnement, et pour les personnes avec des systèmes sensoriels affaiblis, comme les personnes âgées et les personnes souffrant de maladies et de troubles. «
http://news.mit.edu/2016/vibrating-footwear-astronauts-visually-impaired-0722
