Les gens s’habituent à avoir une paire de bras supplémentaire, en réalité virtuelle

Que feriez-vous avec une paire de mains supplémentaire ? L’idée peut sembler difficile à manier, 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.

Depuis des décennies, les scientifiques étudient comment le cerveau humain agit lorsque les gens manipulent 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 pour s’adapter à toute la longueur de l’objet afin que vous ne fassiez pas accidentellement un coup avec quelqu’un lorsque vous vous retournez. Mais qu’advient-il de votre perception de votre propre corps lorsque vous ajoutez des pièces entièrement nouvelles plutôt que 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 donneraient aux humains la possibilité d’utiliser des membres supplémentaires et pourraient potentiellement permettre aux gens d’accomplir des tâches qui nécessitent un bras ou une jambe supplémentaire, voire une queue. La réalité virtuelle offre 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 pourraient ne ressembler en rien à leurs contrôleurs (ou même à des humains du tout). Cependant, pour être utiles et utilisables, toutes les parties réelles ou virtuelles supplémentaires du corps 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 réelles et des jeux vidéo immersifs.

Une variété d’expériences ont tenté de déterminer comment les humains 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 en même temps qu’ils en ont touché une vraie, sensible. Ces expériences ont montré que les humains peuvent avoir l’impression que ces membres supplémentaires ou « surnuméraires » 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 encore fait l’objet de nombreuses études.

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 qui comprenait un avatar d’eux-mêmes, avec une paire supplémentaire de bras robotiques virtuels juste en dessous de leurs bras réels. L’environnement VR était crucial pour comprendre comment les humains pourraient s’adapter à des parties du corps robotiques supplémentaires, déclare le co-auteur de l’étude Ken Arai, roboticien et scientifique cognitif à l’Université de Tokyo. Expérimenter avec une paire de bras robotiques du monde réel s’accompagne du défi de les faire bouger sans délai, comme notre cerveau s’y attendrait 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 déclencherait le bras supplémentaire de ce côté du corps pour se déplacer dans l’espace VR. La flexion des orteils a dit à cette main virtuelle de faire un mouvement de saisie. Les personnes manipulant les bras en réalité virtuelle ont également pu ressentir lorsque les membres interagissaient avec des objets virtuels. Par exemple, si la paume d’une main robotique simulée touchait quelque chose dans l’espace VR, les participants ressentaient 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, en 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 influençaient mes propres mouvements. ” Lorsqu’ils ont effectué plusieurs fois la tâche de toucher la balle, les réponses des gens sont devenues plus rapides et ils ont également déclaré se sentir plus propriétaires et plus autonomes sur leurs nouveaux bras.

Une autre expérience a testé la rapidité avec laquelle les gens déplaçaient leurs bras robotiques en réponse à des contacts virtuels. Ici, les participants ont ressenti des vibrations sur leurs pieds en voyant des objets virtuels toucher leurs membres artificiels, et on leur a demandé d’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 ils l’ont fait dans le expérience de toucher de balle. 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 semblait que le membre robotique était touché étaient alignés, les participants écartaient leurs bras robotiques un peu plus rapidement qu’ils ne le faisaient lorsque la sensation ne correspondait pas à la position de l’objet. Ce schéma a également été observé lorsque la même expérience a été réalisée sur les membres du monde réel des personnes. Les chercheurs interprètent cela comme un signe que le sens subconscient de l’espace personnel des participants s’est élargi pour inclure 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 étendu leurs pieds existants en ajoutant un nouvel outil. 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 », explique Andrea Stevenson Won, chercheuse en interaction homme-machine 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 savoir plus sur ce que les gens ressentiront à propos des parties supplémentaires du corps de leurs avatars aidera les chercheurs à concevoir cette expérience. « Comment les gens pourraient interpréter les corps d’avatars, qui n’existent pas physiquement, et y réagir comme s’ils étaient réels dans un certain sens est une question intéressante », ajoute Won.

Arai, d’autre part, est très enthousiasmé par le potentiel d’étendre ce que les humains pourraient être capables de faire dans le monde physique. Les systèmes robotiques existants pourraient 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 la conception des membres robotiques surnuméraires », dit-il. « Nous voulons permettre des choses impossibles pour les humains. Si nous voulons ajouter plus de membres, cela devrait être possible. Tout devrait être possible. »