EP2271298A1 - Dispositif de génération de sensations de mouvement et de rééducation fonctionnelle - Google Patents

Dispositif de génération de sensations de mouvement et de rééducation fonctionnelle

Info

Publication number
EP2271298A1
EP2271298A1 EP09733967A EP09733967A EP2271298A1 EP 2271298 A1 EP2271298 A1 EP 2271298A1 EP 09733967 A EP09733967 A EP 09733967A EP 09733967 A EP09733967 A EP 09733967A EP 2271298 A1 EP2271298 A1 EP 2271298A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
macro
movement
signals
vibrators
elementary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09733967A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Roll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aix Marseille Universite
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Provence Aix Marseille I
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Provence Aix Marseille I filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2271298A1 publication Critical patent/EP2271298A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H23/00—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms
    • A61H23/02—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165—Wearable interfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50—Control means thereof
    • A61H2201/5007—Control means thereof computer controlled

Definitions

  • the present invention relates to a device capable of generating sensations as perceived by the brain during the execution of a movement affecting a part, or all, of the body of a subject, whereas this same part of the body body is not affected by any movement.
  • the present invention relates, inter alia, to the functional rehabilitation of persons, or even certain animals, of which a damaged limb, or any other part of the body, is immobilized by a corset.
  • the present invention also relates to education and functional rehabilitation relating to movements that the brain can no longer perform, or performs only imperfectly, following an injury, accidental or resulting from an illness, or because of a malformation.
  • the present invention also relates to the learning, by an individual or an animal, of a gesture, or movement having a specific purpose. It also relates to the addition to the perception received, by an individual or an animal, of a situation or a virtual event, of a type of additional sensory information. It is customary to call such a confrontation of a subject with images, sounds and any other type of sensory information a descriptive representation of the situation or virtual event.
  • the present invention is capable of causing a subject to perceive the sensations corresponding to movements, whether or not the subject executes these movements, which constitutes in fact additional sensory information for the perception of virtual reality, and therefore enrichment. from this perception.
  • a person with a fracture of a lower or upper limb, or a ligament injury is usually provided with a rigid brace that immobilizes the affected portion of the limb, such as a joint.
  • a rigid brace that immobilizes the affected portion of the limb, such as a joint.
  • the muscles of the joint are unable to ensure the movements they allowed before the immobilization of the joint. This is due, on the one hand, to the fact that the muscles have been injured or not used and, on the other hand, to the fact that the brain has lost some of its ability to handle the movements resulting from the stresses of these muscles. Indeed, many studies have shown that some brain networks, assigned to this task, are gradually reassigned to other tasks if they do not receive the nerve messages that emit the skin and muscles when they work.
  • Physiological receptors located particularly in the skin, and in the muscles, are responsible for transmitting bioelectrical messages to the brain.
  • some of these receptors are between the muscle fibers, and are arranged in such a way that they are sensitive to muscle extension.
  • These messages are "reports" that describe the detailed movement of each muscle, so that the brain can, in turn, represent an action and control the muscles to eventually correct their movement and also to guide the continuation of movement in the desired direction.
  • Writing is a good example of such a servo loop.
  • the person writing will simultaneously contract or lengthen a number of muscles of the hand and wrist, all of these elementary movements in front of, obviously, be perfectly coordinated.
  • the brain captures the messages emitted by each involved muscle and the skin, in case of extension, and it synthesizes this information to determine what, until then, the movement has been done, that is, say the plot, in the case of writing.
  • the present invention aims in particular to reduce the need for functional rehabilitation when part of the body of a living being, in particular a human being, has been immobilized. It may also allow for the correction of impairment or inability to perform movements, whether resulting from an injury or malformation, motor or nervous system.
  • the invention firstly relates to a device, in particular for the functional rehabilitation of a body part of a living being, comprising a control unit comprising in memory a table containing a first plurality of elementary signals. excitation circuit serving as constituent elements of a second plurality of macro-patterns each consisting of a third own plurality of said elementary signals, the control unit comprising a sequencer arranged to read the macro-patterns and to emit a said second plurality corresponding commands of excitation, each time, a said third plurality of own vibrators selected one of said first plurality of vibrators carried by a coupling support in respective predetermined areas of the body portion.
  • Each macro-pattern consists of a set of elementary patterns which each represent the shape of a signal controlling the movement of one of the vibrators, ie a mechanical exciter of a point of the skin and / or any physiological receptor element located below, such as for example a tendon or a muscle.
  • the macro-motifs are determined from recordings previously made in human subjects or are macro-patterns of synthesis, established by composition of elementary patterns, the shape of each of which has been optimized to emulate a determined movement.
  • Each of the vibrators, applied to the skin will thus stimulate a set of physiological receptors, that is to say a particular point, for example of a tendon linked to a damaged joint, this stimulation being carried out in a direction, a intensity and a frequency which constitute as many parameters in the choice of each memorized elementary pattern.
  • the variation over time of this stimulation, and the multiplication of the points of stimulation constitute as much stimulation of the physiological receptors.
  • each macro-pattern may comprise data specifying a modulation of amplitude and / or frequency of the movement of the vibrator over a predetermined excitation period.
  • the sequencer is mechanically independent of the coupling medium, and is connected to the vibrators by a data link.
  • the vibrators are for example controlled through a respective transponder.
  • the problem of immobilization being treated by a sleeve or other element external to the device according to the invention.
  • the only elements necessarily worn by the patient are the vibrators with their coupling support.
  • the macro-patterns can perfectly be stored in a server common to several such devices.
  • the common server can therefore contain a complete library of all types of macro-patterns, that is to say for all types of members or other that may be treated. For a treatment of a given limb, the sequencer will therefore choose the appropriate set of macro-patterns.
  • the supply link of the macro-patterns to the vibrators can be provided by cellular telephone circuits or links with a data transmission network. It will be recalled that a mobile phone has a data exchange port which, in this example, can be connected to a logic of data exchange management and control of vibrators.
  • a mobile phone has a data exchange port which, in this example, can be connected to a logic of data exchange management and control of vibrators.
  • a person in ambulatory medicine at home for example, can receive data messages containing the desired sequences of macro-patterns.
  • the above management logic forming a sequencer and a local adapter of format and bit rate transmitted, will then store the data bits representing the sequences of macro-patterns received at high speed by the network, and restore, in Delayed time, these data in a format wanted compatible with the vibrators, and at the desired speed.
  • the device according to the invention and described above can be provided to limit the need for functional rehabilitation after immobilization of all or part of the body, for example following a fracture, injury or pathology. It can also be provided to reduce the consequences of prolonged bed rest, by maintaining in activity the neural circuits for processing basic descriptive movement messages, for example the maintenance in natural posture or locomotion.
  • the implementation of the device according to the invention made on a subject so as to provide its brain with the descriptive messages of the same movement in a repetitive manner is capable of gradually inducing the execution by the subject of the said movement.
  • This property can be used to enrich or correct the repertoire of gestural knowledge recorded by the brain, and to realize the learning of an unknown gesture, or the perfecting of an imperfectly performed gesture.
  • the device according to the invention can thus be provided as a means of functional rehabilitation by providing the brain with descriptive messages of a movement that this brain does not know or no longer knows how to execute, or performs only imperfectly. Such situations may result from injury due to illness or accident, or from malformation. These neurological lesions, accidental or degenerative, can affect the central or peripheral nervous system.
  • This device can in particular be adapted to deliver the descriptive messages of the movements corresponding to the locomotion.
  • the interested muscles having been identified, the vibrators are held in appropriate position by a suitable coupling support, to transmit stimuli to the appropriate physiological receptors according to the excitation signals provided by the reading of the specific macromotifs of the walking .
  • Another application of the device according to the invention is constituted by the rehabilitation to maintain a posture, or particular attitude of the body of a living being, for example the standing of the human being.
  • the device according to the invention can also be provided to allow the learning or development of complex gestures, including requiring precision. Examples include writing, gestures related to sports activities, service to tennis or golf swing, professional or artistic activity. Such learning or development may also apply to the performance of gestures in conditions different from the usual conditions of a subject. These include the conditions corresponding to free fall, microgravity or weightlessness, increased gravity and acceleration. Such a device can also be used in the context of virtual reality. Indeed, the mobilization of the largest number of sensory channels contributes to improving the quality of the perception of the virtual reality felt by the subject, human or animal.
  • the device according to the invention can be used to add sensations of movement, and thus enrich the description of the situation corresponding to the virtual reality to which the subject is confronted.
  • the device according to the invention can be provided to be an integral part of a virtual reality production system.
  • These systems include video game consoles and simulators of all kinds. These include flight simulators, driving all kinds of machines, industrial process control, simulators of extreme conditions, such as weightlessness and ultra-gravity, simulators of complex gestures and precision. such as surgery.
  • the system for producing virtual representations comprising a device according to the invention which is functionally integrated with it, associates sensations of the sensory channels of the user with sensations of perception of virtual movements. Indeed, this system will then provide the brain with sensory information messages corresponding to body movements represented by the virtual reality produced by the system, and to which the subject is confronted, giving the impression of the execution of these movements. whether or not this subject executes the said movements.
  • the device according to the invention comprises means for holding the vibrators in contact with the skin, at the desired location, or coupling support. It is possible to adopt many embodiments to provide the function of this coupling support, which closely depend on the use made of the device. Achievements may take the form of a harness, a combination, a partial or total garment, whose material and design details are suitable for use. A harness may for example take the form of a set of straps with means of adjustments for adjusting the position of the vibrators, and the characteristics of the contact of each vibrator on the skin.
  • the coupling support can fulfill one or more other functionalities that have a synergy with the particular use made of the device according to the invention.
  • the coupling support may functionally provide the contention or the immobilization of a part of the body corresponding at least in part with the part subjected to the stimuli.
  • the invention therefore relates more generally to a device for generating bioelectric signals, providing a living being sensations corresponding to the execution of a given movement of a part of his body (1) even if this movement is not executed, comprising:
  • control unit comprising a sequencer
  • each vibrator carried by a coupling support holding each of them in a predetermined position relative to body elements of the part of the body, in which, for each given movement, each vibrator can receive an elementary excitation signal so that it mechanically stimulates body elements of the body part to cause the emission of bioelectric signals, the set of elementary excitation signals of the various vibrators constituting a macro-pattern, these elementary signals being chosen to constitute a macro-pattern specific characteristic of the movement considered, this macro-pattern read by the sequencer giving the vibrators elementary excitation signals capable of causing the creation of bioelectric signals in the living being making him perceive the sensations of execution of said movement.
  • the invention also relates to a method for establishing the excitation macro-patterns of the device according to the invention, in which method tests are carried out on at least one subject person,
  • the subject indicates the perception that he has of the virtual movement thus evoked by the stimuli
  • the invention also relates to a use of the device according to the invention, in which the device is functionally integrated with a video game console to emulate, at the level of a user, movements of an avatar of the latter represented on a video game console. screen.
  • the user can thus perceive the movements of his avatar and possibly the voluntary movements that the user executes or the shocks he receives.
  • the user manipulates a tri-directional accelerometer (3D) to control the movements of his avatar, that is to say he controls the game by his own 3D movement, in direction and intensity, and that it perceives it or only its contact with the environment (shock against a wall, boxing fight) by means of the device according to the invention.
  • His perception of events presented on the screen is therefore both visual and tactile and motor, with sensations of local acceleration, that is to say movement. It is therefore conceivable that these two parallel and complementary channels of perception of the environment make it possible to immerse the user intensely in this increased visual environment.
  • the invention relates to devices and methods as defined in the claims.
  • FIG. 1 is formed of a figure IA, which is a block diagram illustrating the context of the invention, in the form of an information transmission loop between a tendon associated with the orthosis and the brain, and a FIG. 1B, which illustrates more precisely the shape of the orthosis;
  • FIG. 2 formed of FIGS. 2A, 2B and 2C, shows three examples of time signals representing the letter "a"
  • FIG. 3, formed of FIGS. 3A, 3B and 3C, represents a considered articulation of a subject for FIG. 2A to 2C respectively,
  • FIG. 4 formed of FIGS. 4A, 4B and 4C, represents the manual writing of the letter "a” above, corresponding to FIGS. 3A to 3C respectively,
  • FIG. 5 represents a foot associated with various directions of sensation, evoked by the vibration of various tendons
  • FIGS. 6 and 7 each represent five temporal patterns of signals coming from various muscles, when the letter "a” and the number 8 respectively are drawn respectively, with each time a natural signal picked up and the same signal after treatment, and
  • FIG. 8, consisting of FIGS. 8A, 8B, 8C and 8D, respectively comprises four lines of four identical digits and four same basic letters, illustrating the perception that is acquired when applying macro-patterns.
  • Figure IA is a schematic view illustrating the context of the invention.
  • the muscles of the moving foot 1 of a person, here seen from the right, and precisely tendons 2 classically transmit to the brain significant elementary signals of the movement in progress, that is to say the trajectory and speed of the foot 1, in the form of its global movement in advance as well as its movements in rotation.
  • Figure 1B shows, in left view, in more detail the shape of the orthosis, which closely wraps the foot and the bottom of the calf.
  • the movement of any object can be defined by referring to six types of movement, namely three translations according to respectively three orthogonal axes, such as for example a vertical axis and two horizontal axes defining a forward / backward direction and a lateral direction, and three orthogonal axes of rotation.
  • the movement was provoked by a voluntary command of the brain or by a reflex action.
  • the signals received in return by the brain are thus a report of the movement executed, so that the brain can send a correction order if necessary, to rectify a movement that it deems incorrect or to chain a continuation of the movement. This is especially important for synchronizing walking.
  • the brain is thus used to dealing with this kind of signals.
  • the brain no longer receives such signals and the neural networks that treated them are gradually assigned to other tasks.
  • Such "motion" elementary signals received by the brain have been captured by electrodes inserted into the nerve, close to the sensory fibers from the physiological receptors, and recorded in a database 10.
  • the total number of tendons 2 thus defines a first plurality, of size Pl, of such elementary signals, and any particular movement MO, out of a second plurality P2 of possible motions, corresponds to a specific subset constituting a particular set consisting of a third plurality P3 of elementary signals belonging to to the first plurality Pl.
  • Each third plurality P3 is therefore of size specific to the motion MO considered of the second plurality P2, since it is composed of those of the elementary signals which are specific to this movement MO.
  • the plurality references P1, P2 or P3, which each relate to different types of elements, designate only the number or size of the plurality, whereas the nature or type of the elements is indicated by the terms associated with the reference.
  • first plurality Pl of 5 tendons 2 to be monitored (only two tendons 2 being represented), that is to say a first plurality Pl of elementary signals to be acquired through 5 acquisition channels.
  • a first determined movement Ml, among the second plurality P2 of movements, for example representing 10 MO motions, will cause for example a reaction on a said third plurality P3 of channels which will be example consisting of the channels of rank 1 to 4, while a second movement M2 will cause a reaction on another third plurality P3 of channels constituted by the channels of rank 3 to 5.
  • the third pluralities P3 of channels, and therefore also of elementary signals are of disparate sizes, here of respective sizes 4 and 3 channels.
  • Each of the third plurality P3 of elementary signals P3 thus forms a block of data, of size P3 (number of elementary signals) specific to the MO motion considered.
  • the second plurality P2 of movements may be much larger than the first plurality Pl of elementary signals since the various (P3) data blocks of the second plurality P2 of movements are each formed by specific combinations and sizes P3 mutually different, said elementary signals taken from the first plurality Pl.
  • this is a simplified representation because a much larger second plurality P2 of blocks containing a third plurality P3 of MO motion signals has been established.
  • Each third plurality P3 of signals of a block 11 or 12 thus represents all the elementary signals emitted by various tendons 2 during the movement MO considered.
  • the various third pluralities P3 are in general of respective different sizes, that is to say that each movement MO involves a number of tendons 2 that are specific to it, for example each time from three to five out of one plus one. large number (P1) of existing tendons 2, but whose other tendons 2 are not of interest for the MO motion considered.
  • this ascending branch towards the brain, implements a transducer function, passing from the domain of mechanics, and more precisely of kinematics, that is to say a domain of "action”, in the field of bio-electricity in which are the signals, and more precisely the domain of the information or knowledge, with the analysis of the signals by the brain.
  • the interest is to be able to cause the creation of these same second pluralities P2 of each P3 signals, sensory feedback to the brain, when the part of the body considered, so here the foot 1, is immobilized by a coupling support 3 here under sensory feedback orthosis form constituting a corset applied to the foot 1, injured, so as to maintain the corresponding analysis activity in the brain.
  • a downward leg is defined, from the database 10 to the foot 1, an upstream section of which is purely electronic and a downstream section of which is of electromechanical type to transform the electrical control signals into mechanical stimuli. at the level of the tendons 2.
  • the database 10 thus controls a transcoder 20 which itself writes a memory 30 of a said second plurality P2 of macro-patterns 31, 32, each containing a said third plurality P3 of signals elementary, the macro-patterns 31, 32 being defined bijectively from the respective data blocks 11 and 12 specific to each movement MO.
  • the memory 30 belongs to a control unit 40 managed by a central unit 42 driven by a time base 41 and associated with a sequencer 43 read-connected to the macro-pattern memory 30.
  • Each macro-pattern, among the second plurality P2 of macro-patterns 31, 32 each containing P3 electronic control patterns, can thus control, by a link 49 comprising a said first plurality Pl of channels, a said third plurality P3, which is specific, transducers 51, or transponders , chosen from among a first plurality Pl of transducers 51.
  • the first plurality Pl of transducers 51 controls a said first plurality Pl of associated respective vibrators 61 applied at various predetermined positions to the muscles of foot 1 and in particular to respective pl tendons 2 .
  • FIG. 1B shows that the vibrators 61 are housed under the envelope constituting the orthosis and applied to the associated tendon 2 under a pressure set by a coupling adjustment screw 61V.
  • the first plurality Pl of pairs of transducers 51 and vibrators 61 is therefore of sufficient size to make it possible to cause all the types of elementary signals of the database 10.
  • the macro-pattern 31 or 32 which is selected, in order to emulate, vis-à-vis the brain, a movement Ml or M2 among the second plurality P2, will control one of the second pluralities P2, among the first plurality Pl transducers 51, to mechanically stimulate those tendons 2, or other body elements, which normally generate the elementary electrical signals in response to the actual motion M1 or M2 considered.
  • the loop constituted by the rising branch, tendons 2 to the database 10, and the descending branch, return presents a unit gain, that is to say that the descending branch is capable of to produce, and to deliver on the tendons 2, signals of a mechanical nature which cause in reaction the creation of biological elementary electrical signals and, moreover, the descending branch is arranged so that the elementary electrical signals, which it induces by reaction of tendons 2, are substantially identical to the original elementary signals, that is to say those which, after numerical coding, form the blocks 11 or 12 from which one started, in the database 10, for produce the stimuli.
  • the second plurality P2 of blocks 11, 12 will have been judged sufficient, it is then not exploited that the descending branch to emulate virtual movements.
  • the coupling support 3 would no longer be a limb immobilization corset, and it would retain only its holding function, to keep all the vibrators 61 in the predetermined coupling position at any desired body location.
  • the virtual movements below above can be "classical" movements, natural, such as a movement of a limb, or be out of the ordinary movements, for example corresponding to a human or extranatural force such as hallucination or still corresponds to an unusual position, for example a position adopted during a swimming exercise or a free fall jump from an airplane.
  • We can thus emulate the desired movements in a video game.
  • the focus necessary to define each additional macro-pattern 38, 39 can be performed by iterative tests, by applying the additional macro-pattern 38 or 39 to a subject and collecting the opinion of the person concerned as to the sensations that she perceives.
  • the data blocks 11 and 12 each represent the time evolution of the corresponding signals, that is to say their instantaneous amplitude constituting a temporal pattern of control of the vibrators 61, through the transducers 51.
  • the shape of the signal representing the evolution of this instantaneous amplitude over time can be defined, in memory 30, by a series of regularly spaced samples temporally, for example every 5 milliseconds, therefore at 200 Hz.
  • Another way of representing the shape of the signal of a pattern is to consider that it comprises a continuous component, capable of varying at a certain speed, on which is superimposed an alternating component, that is to say of varying amplitude. faster and according to an instantaneous frequency that can vary, possibly with phase drifts.
  • the signal can then be defined by data specifying the evolution of the continuous and alternative components of the pattern.
  • the signals generated by the tendons 2 are thus coded so that they can be used digitally.
  • the macro-patterns 31, 32 will each be established from the source block 11 or 12, with an intermediate transcoding, by the transcoder 20, to adapt them to the specific characteristics of the vibrators 61, that is to say their sensitivity. , or mechanical response to electrical controls, and in particular their frequency operating range and their response curve, or sensitivity, according to the frequencies, as well as their response phase shift according to the frequency.
  • the parameters to be taken into account in the global loop are the following ones:
  • Sensitivity of the reaction of the tendons 2 to a movement and this according to its amplitude, its direction and its speed, determining the form of the elemental bio-electrical signal emitted.
  • Transducer Transducer Function 20 Coding Mode, in the Memory 30, of the Signals Derived from the Transcoder 20, to Constitute the Macro-motifs 31, 32
  • Sensitivity of response of the transducers 51 as regards the amplitude, the frequency and the phase.
  • the development of the invention has made it possible to determine a beam of a said first plurality Pl of said elementary loops, each relating to a said elementary signal and having a unity gain, to thereby accurately emulate an initially observed MO motion. , even a new movement.
  • Each macro-pattern 31, 32 thus comprises data specifying a modulation of amplitude and / or frequency of the movement of the vibrator 61 over a predetermined excitation period.
  • the memory 30 and the associated sequencer 43 may be mechanically independent of the coupling support 3, and connected to the transducers 51 by a said data link 49 which may comprise a beam of a first plurality Pl of wires each controlling a particular transducer 51.
  • the data link 49 is of the wireless type, for example radio. In such a case, it is preferably established a common data transmission channel, on a carrier frequency, and the third plurality P3 of signals in each macro-pattern 31, 32 is transmitted by time division multiplexing, i.e.
  • the messages are distributed to the above recipient (51) by a demultiplexer 54, that is to say say a switcher able to join the wanted one among the transducers 51 possible recipients.
  • a digital / analog decoder is associated with the demultiplexer 54 to transform them into analogue signals able to directly control the transducers 51.
  • the transmission of the P3 motifs of each of the macro macro-patterns 31, 32 can, however, also be carried out in a purely analog way, with such a decoder input of the link 49. It can also be expected to store the macro-patterns 31, 32 in analog form.
  • the macro-pattern memory 31, 32 and the sequencer 43 are housed in a remote server, able to serve a whole population of orthoses 3 thus equipped with vibrators 61.
  • the link 49 is for example wired telephone type or radio, cellular or satellite, and the transducers 51 are then controlled by telephone circuits, for example cellular.
  • the orthosis 3 comprises a kind of case for fixing such a portable station, and the conventional port of data that usually has such a station is used to restore, at the wire level, the macro signals. reason 31, 32 received by radio.
  • demultiplexing is also valid in this case.
  • the subject indicates the perception he has of the virtual movement thus evoked by the stimuli, and, by successive iterations, by changing the parameters of the first macromotif 31, final values of the said parameters corresponding to a satisfactory emulation of the simulated real motion, and
  • each parameter determines the temporal form of each temporal pattern, that is to say that each parameter can be represented, as mentioned above, by amplitude samples, possibly in limited numbers and supplemented by information frequency and phase.
  • amplitude samples possibly in limited numbers and supplemented by information frequency and phase.
  • the vibrators 61 were a product marketed by the company IKAR Co. Ltd, under the protected name Vibralgic model. The vibrators 61 had a head 1 to 2 cm long and 1 cm in diameter.
  • a vibrator 61 may consist of an electric winding powered by the elementary pattern signal, amplified to the desired power, thereby producing an alternating magnetic field of desired instantaneous amplitude and frequency and evolving to produce the precise shape elementary pattern.
  • Each elemental pattern consisted of a sequence of 5 ms pulses, with a peak to peak amplitude of 0.25 mm. The spectrum was in the band from 1 to 100 Hertz.
  • the vibrator 61 may also be constituted from a rotary electric motor rotor coupled to an eccentric mass. One can still provide a piezoelectric element.
  • FIG. 2A thus shows a macro-pattern of five temporal patterns initially captured on a subject when it imposes on the articulation of the ankle thereof a movement which corresponds to the trace of the letter "a” by the end of the segment corresponding to this articulation (block 11), and retranscribed in macro-pattern 31 in the memory 30, these elementary patterns cooperating to describe the neuro-sensory trace of the letter "a", through the sequencer 33 and the vibrators 61.
  • this is a synthetic approach in which the appropriate set of elementary patterns has been developed, i.e.
  • FIG. 4B thus shows that the natural signals (FIG. 2A) have been improved to obtain a perfect trace of the letter "a”, thus indicating the perception required to obtain this result. It is therefore a correction of a perception distortion visible in FIG. 4A.
  • Transcoder 20 can thus perform the reverse correction of the above distortion.
  • FIG. 5 represents a foot in a view from above, with various vectors representing the excitations TA + EHL, EDL, PL, GS and TP of FIG. 2.
  • a low-pass filter has smoothed the recordings of the trajectories executed. Moreover, angular velocity components of the writing trajectory of the letter or number considered, in orthogonal coordinates of x-axis and y-axis, have been determined. To do this, we have, at a fixed rate, every 200 ms, determined the difference of positions ûx and ûY of a current point of writing trajectory on the two axes, which provided the direction and the size of a instantaneous speed vector. The comparison between two such successive vectors then provided an angle of deviation of the trajectory, corresponding, in a bi-univocal manner, to a certain curvature.
  • the ankle receives the various vector vibrations and thus detects any change of direction of at least one of these.
  • the sensitivity of such a detection one can define, for each muscle, a direction of maximum sensitivity, that is to say that the same vibration will be perceived attenuated if it has an oblique direction by report to the direction of maximum sensitivity. If one moves angularly away from the direction of maximum sensitivity, the excitation of the vibrators 61 must be multiplied by the cosine of the angle of obliquity then existing.
  • Such a method for producing synthetic macro-motifs of vibrators is applicable to any articulation of the body of a living being.
  • FIGS. 6 and 7, homologues of FIG. 2 each represent five elementary pattern signals of five tendons 2, respectively for the letter "a" and the number 8.
  • the evolution of the frequency of the signal as a function of time this frequency being normalized between 0 and 1, between the said lower limit 1 Hz and the upper limit 100 Hz.
  • Each signal is in fact represented twice, all of firstly as a natural, experimental (dotted) motif, determined from a survey carried out on a subject, and also as an artificial motif (continuous line), that is to say generated during the setting at the point of an artificial macro-pattern 38 or 39. The differences that are observed between the two signals of each pair are minor, that is to say they are not significant.
  • Figure 8A shows eight trajectories with trajectories imposed for the four numbers 1, 2, 3, 8 and the four letters a, b, e, n.
  • FIG. 8B shows corresponding plots reproduced experimentally according to what has been explained for FIGS. 2A, 3A and 4A, whereas FIGS. 8C and 8D correspond to the conditions exposed for FIGS. 2B, 3B, 4B and 2C respectively, 3C, 4C, that is to say for the ankle or wrist.

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Abstract

Le dispositif destiné à faire percevoir à un être vivant des sensations de mouvements virtuels d'une partie de son corps (1), comportant une unité de commande (30, 40, 41, 42, 43) comprenant en mémoire une table (30) contenant une première pluralité (P1) de signaux élémentaires d'excitation une deuxième pluralité (P2) de macro-motifs (31, 32) constitués chacun par une troisième pluralité propre (P3) de dits signaux élémentaires, un séquenceur (43) lisant les macro-motifs (31, 32) pour émettre une deuxième pluralité (P2) de commandes correspondantes d'excitation, à chaque fois, d'une troisième pluralité propre (P3) de vibreurs (61) sélectionnés parmi une première pluralité (P1) de vibreurs (61) portes par un support (3) de couplage en des zones respectives prédéterminées de la partie du corps (1), l'excitation de Ia troisième pluralité propre (P3) de vibreurs (61) par Ia deuxième pluralité (P2) de commandes étant prévue pour stimuler mécaniquement des éléments corporels, pour provoquer Ia création de signaux bioélectriques chez l'être vivant, lui faisant percevoir des sensations d'un mouvement virtuel donné.

Description

DISPOSITIF DE GENERATION DE SENSATIONS DE MOUVEMENT ET DE REEDUCATION FONCTIONNELLE
La présente invention concerne un dispositif capable de générer des sensations telles qu'elles sont perçues par le cerveau lors de l'exécution d'un mouvement affectant une partie, ou la totalité, du corps d'un sujet, alors que cette même partie du corps n'est affectée d'aucun mouvement.
La présente invention concerne, entre autres, la rééducation fonctionnelle des personnes, voire de certains animaux, dont un membre endommagé, ou toute autre partie du corps, est immobilisé par un corset.
La présente invention concerne aussi l'éducation et la rééducation fonctionnelle relative à des mouvements que le cerveau ne sait plus exécuter, ou n'exécute qu'imparfaitement, à la suite d'une lésion, accidentelle ou résultant d'une maladie, ou en raison d'une malformation. La présente invention concerne aussi l'apprentissage, par un individu ou un animal, d'un geste, ou mouvement ayant une finalité déterminée. Elle concerne également l'adjonction à la perception reçue, par un individu ou un animal, d'une situation ou d'un événement virtuel, d'un type d'information sensorielle supplémentaire. On a coutume de dénommer « réalité virtuelle » une telle confrontation d'un sujet avec les images, les sons et toute autre type d'information sensorielle, constituant une représentation descriptive de la situation ou de l'événement virtuel. La présente invention est capable de faire percevoir à un sujet les sensations correspondant à des mouvements, peu importe que le sujet exécute ou non ces mouvements, ce qui constitue en effet une information sensorielle supplémentaire pour la perception de la réalité virtuelle, et donc un enrichissement de cette perception.
Une personne présentant une fracture d'un membre inférieur ou supérieur, ou une lésion de ligament, est usuellement munie d'un corset rigide qui immobilise la partie atteinte du membre, comme par exemple une articulation. Lorsque le corset est retiré, au bout de quelques semaines, les muscles de l'articulation considérée sont incapables d'assurer les mouvements qu'ils permettaient avant l'immobilisation de l'articulation. Ceci est dû, d'une part, au fait que les muscles ont été blessés ou inutilisés et, d'autre part, au fait que le cerveau a perdu une partie de ses capacités à gérer les mouvements résultant des sollicitations de ces muscles. En effet, de nombreux travaux ont montré que certains réseaux cérébraux, affectés à cette tâche, sont progressivement réaffectés à d'autres tâches s'ils ne reçoivent pas les messages nerveux qu'émettent la peau et les muscles lorsqu'ils travaillent. Des récepteurs physiologiques situés notamment dans la peau, et dans les muscles, sont chargés d'émettre à destination du cerveau des messages bioélectriques. Particulièrement, certains de ces récepteurs sont entre les fibres musculaires, et sont disposés de telle manière qu'ils sont sensibles à l'extension du muscle. Ces messages sont des "comptes-rendus" qui décrivent le mouvement détaillé de chaque muscle, de sorte que le cerveau peut, en retour, se représenter une action et commander les muscles pour éventuellement corriger leur mouvement et aussi pour guider la poursuite du mouvement dans la direction voulue.
L'écriture constitue un bon exemple d'une telle boucle d'asservissement. La personne qui écrit va simultanément contracter ou allonger un certain nombre de muscles de la main et du poignet, l'ensemble de ces mouvements élémentaires devant, bien évidemment, être parfaitement coordonné. Le cerveau capte notamment les messages émis par chaque muscle impliqué et par la peau, en cas d'extension, et il fait la synthèse de ces informations pour déterminer quel a été, jusqu'alors, le mouvement effectué, c'est-à-dire le tracé, dans le cas de l'écriture.
La présente invention vise en particulier à permettre de réduire le besoin en rééducation fonctionnelle lorsqu'une partie du corps d'un être vivant, en particulier un être humain, a été immobilisée. Elle peut également permettre la correction de la déficience ou de l'incapacité d'exécution de mouvements, que celles-ci résultent d'une lésion ou d'une malformation, de l'appareil moteur ou du système nerveux.
A cet effet, l'invention concerne tout d'abord un dispositif, notamment destiné à la rééducation fonctionnelle d'une partie du corps d'un être vivant, comportant une unité de commande comprenant en mémoire une table contenant une première pluralité de signaux élémentaires d'excitation servant d'éléments constitutifs d'une deuxième pluralité de macro-motifs constitués chacun par une troisième pluralité propre de dits signaux élémentaires, l'unité de commande comportant un séquenceur agencé pour lire les macro-motifs et émettre une dite deuxième pluralité de commandes correspondantes d'excitation, à chaque fois, d'une dite troisième pluralité propre de vibreurs sélectionnés parmi une dite première pluralité de vibreurs portés par un support de couplage en des zones respectives prédéterminées de la partie du corps.
Chaque macro-motif est constitué d'un ensemble de motifs élémentaires qui représentent chacun la forme d'un signal commandant le mouvement de l'un des vibreurs, c'est-à-dire un excitateur mécanique d'un point de la peau et/ou de tout élément récepteur physiologique situé dessous comme par exemple un tendon ou un muscle. Les macro-motifs sont déterminés à partir d'enregistrements effectués auparavant chez des sujets humains ou sont des macro-motifs de synthèse, établis par composition de motifs élémentaires, dont la forme de chacun a été optimisée pour émuler un mouvement déterminé.
Chacun des vibreurs, appliqué sur la peau, va ainsi stimuler un ensemble de récepteurs physiologiques, c'est-à-dire un point particulier, par exemple d'un tendon lié à une articulation endommagée, cette stimulation étant effectuée selon une direction, une intensité et une fréquence qui constituent autant de paramètres dans le choix de chaque motif élémentaire mémorisé. La variation dans le temps de cette stimulation, et la multiplication des points de stimulations constituent autant de stimulation des récepteurs physiologiques. C'est donc la combinaison spatio-temporelle de ces stimuli simultanés, c'est-à-dire appliqués en divers points sur la peau pour exciter le tissu situé dessous, qui va fournir au cerveau, à tout instant, un ensemble de données du type "flux neurosensoriel", c'est-à-dire que le cerveau reçoit les messages sensitifs en provenance des divers tissus excités qui dépendent de l'amplitude et de la fréquence des diverses vibrations, ce qui constituera une émulation de l'allongement effectif du muscle immobilisé, de l'étirement de la peau et du déplacement perçu du membre. Les réseaux neuronaux des zones considérées du cerveau recevront ainsi régulièrement de telles informations, au rythme fixé par le séquenceur, et le maintien ainsi assuré de la tâche de traitement correspondante fera que ces réseaux resteront, au moins en grande partie, affectés au traitement des flux sensoriels issus des muscles considérés, puisque l'immobilisation de ceux-ci sera ainsi masquée.
Après guérison du muscle ou de l'articulation et donc libération de celui-ci, la rééducation ne sera essentiellement que mécanique, c'est-à-dire portera quasi exclusivement sur le recouvrement de la force totale du muscle, puisque le cerveau aura conservé le réseau correspondant de représentation et de gestion de mouvement. Comme évoqué ci-dessus, chaque macro-motif peut comporter des données spécifiant une modulation d'amplitude et/ou de fréquence du mouvement du vibreur sur une période d'excitation prédéterminée.
Avantageusement, le séquenceur est mécaniquement indépendant du support de couplage, et est relié aux vibreurs par une liaison de données. Les vibreurs sont par exemple commandés à travers un transpondeur respectif.
On peut ainsi équiper un blessé d'une sorte de harnais maintenant les vibreurs à l'endroit voulu, le problème de l'immobilisation étant traité par un manchon ou autre élément externe au dispositif selon l'invention. De façon générale, les seuls éléments nécessairement portés par le patient sont les vibreurs avec leur support de couplage. Par contre, les macro-motifs peuvent parfaitement être stockés dans un serveur commun à plusieurs tels dispositifs. Le serveur commun peut donc contenir une bibliothèque complète de tous les types de macro-motifs, c'est-à-dire pour tous les types de membres ou autres que l'on peut être amené à traiter. Pour un traitement d'un membre déterminé, le séquenceur choisira donc l'ensemble approprié de macro-motifs.
La liaison de fourniture des macro-motifs aux vibreurs peut être assurée par des circuits de téléphonie cellulaire ou de liaison avec un réseau de transmission de données. On rappellera qu'un téléphone portable comporte un port d'échange de données qui, dans cet exemple, peut être relié à une logique de gestion des échanges de données et de commande des vibreurs. On peut aussi songer à une liaison de type Internet, avec de préférence une liaison terminale sans-fil, c'est-à-dire de type WiFi ou équivalent, permettant de conserver en permanence l'aspect ambulatoire. Une personne en médecine ambulatoire, à son domicile, peut ainsi par exemple recevoir des messages de données contenant les séquences voulues de macro-motifs. La logique de gestion ci-dessus, formant un séquenceur et un adaptateur local de format et de débit des bits transmis, va alors mémoriser les bits de données représentant les séquences de macro-motifs reçues à grande vitesse par le réseau, et restituer, en temps différé, ces données selon un format voulu compatible avec les vibreurs, et à la vitesse voulue. Le dispositif selon l'invention et décrit précédemment, peut être prévu pour limiter les besoins en rééducation fonctionnelle après une immobilisation de tout ou partie du corps, par exemple à la suite d'une fracture, d'une blessure ou d'une pathologie. Il peut également être prévu pour diminuer les conséquences d'un alitement prolongé, en maintenant en activité les circuits neuronaux de traitement des messages descriptifs de mouvement fondamentaux, par exemple le maintien en posture naturelle ou la locomotion.
De plus, il a été constaté que la mise en œuvre du dispositif selon l'invention faite sur un sujet de manière à fournir à son cerveau les messages descriptifs d'un même mouvement de façon répétitive est capable d'induire progressivement l'exécution par le sujet du dit mouvement. Cette propriété peut être utilisée pour enrichir ou corriger le répertoire des connaissances gestuelles enregistrées par le cerveau, et réaliser l'apprentissage d'un geste inconnu, ou le perfectionnement d'un geste imparfaitement exécuté. Le dispositif selon l'invention peut ainsi être prévu comme moyen de rééducation fonctionnelle en fournissant au cerveau les messages descriptifs d'un mouvement que ce cerveau ne sait pas ou ne sait plus exécuter, ou n'exécute qu'imparfaitement. De telles situations peuvent résulter de lésions dues à la maladie ou à un accident, ou provenir d'une malformation. Ces lésions neurologiques, accidentelles ou dégénératives, peuvent affecter l'appareil nerveux central ou périphérique. Ce dispositif peut notamment être adapté pour délivrer les messages descriptifs des mouvements correspondant à la locomotion. Dans ce cas précis, les muscles intéressés ayant été identifiés, les vibreurs sont maintenus en position appropriée par un support de couplage adapté, pour transmettre des stimuli aux récepteurs physiologiques appropriés selon les signaux d'excitation fournis par la lecture des macromotifs spécifiques de la marche. Une autre application du dispositif selon l'invention est constituée par la rééducation au maintien d'une posture, ou attitude particulière du corps d'un être vivant, par exemple la station debout de l'être humain.
Le dispositif selon l'invention peut également être prévu pour permettre l'apprentissage ou le perfectionnement de gestes complexes, notamment requérant la précision. On peut citer par exemple l'écriture, des gestes liés à une activité sportive, le service au tennis ou le swing au golf, à une activité professionnelle ou artistique. Un tel apprentissage ou perfectionnement peut aussi s'appliquer à l'exécution de gestes dans des conditions différentes des conditions habituelles d'un sujet. On peut notamment citer les conditions correspondant à la chute libre, à la microgravité ou apesanteur, à la gravité augmentée et à l'accélération. Un tel dispositif peut également être utilisé dans le cadre de la réalité virtuelle. En effet, la mobilisation du plus grand nombre de canaux sensoriels contribue à améliorer la qualité de la perception de la réalité virtuelle ressentie par le sujet, humain ou animal. Aux canaux usuels que sont la vue, sollicitée par l'image, l'ouïe par le son, et parfois le toucher grâce à divers dispositifs mécaniques, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour ajouter des sensations de mouvement, et ainsi enrichir la description de la situation correspondant à la réalité virtuelle à laquelle le sujet se trouve confronté.
Le dispositif selon l'invention peut être prévu pour faire partie intégrante d'un système de production de réalité virtuelle. Parmi ces systèmes on peut notamment citer les consoles de jeu vidéo et les simulateurs en tout genre. Parmi ces derniers, on peut citer les simulateurs de vol,de conduite de toutes sortes d'engins, de conduite de processus industriel, les simulateurs de conditions extrêmes, telles l'apesanteur et l' ultragravité, les simulateurs de gestes complexes et de précision, telle la chirurgie. Le système de production de représentations virtuelles comprenant un dispositif selon l'invention qui lui est intégré fonctionnellement, associe aux sollicitations des canaux sensoriels de l'utilisateur des sensations de perception de mouvements virtuels. En effet, ce système va fournir alors au cerveau des messages d'information sensorielle correspondant à des mouvements du corps représentés par la réalité virtuelle produite par le système, et à laquelle le sujet est confronté, donnant l'impression d'exécution de ces mouvements, que ce sujet exécute ou non les dits mouvements. Ce résultat est obtenu grâce à un enregistrement et une analyse des mouvements dont on veut donner l'impression d'exécution, et une identification des muscles mis en jeu par ceux-ci. Les macromotifs spécifiques de chacun des mouvements sont utilisés pour piloter, à chaque fois qu'un tel mouvement résulte de la situation virtuelle représentée, les vibreurs maintenus de manière appropriée pour qu'ils stimulent, lorsqu'ils sont sollicités, les tendons des muscles concernés par ce mouvement.
Le dispositif objet de l'invention comporte des moyens de maintien des vibreurs au contact de la peau, à l'endroit voulu, ou support de couplage. Il est possible d'adopter de nombreuses formes de réalisation pour assurer la fonction de ce support de couplage, qui dépendent étroitement de l'utilisation faite du dispositif. Des réalisations peuvent prendre notamment la forme d'un harnais, d'une combinaison, d'un vêtement partiel ou total, dont la matière et les détails de conception sont adaptées à l'utilisation. Un harnais peut par exemple prendre la forme d'un ensemble de sangles dotées de moyen de réglages permettant d'ajuster la position des vibreurs, et les caractéristiques du contact de chaque vibreur sur la peau. En outre, le support de couplage peut remplir une ou plusieurs autres fonctionnalités présentant une synergie avec l'utilisation particulière faite du dispositif selon l'invention. Notamment, le support de couplage pourra assurer fonctionnellement la contention ou l'immobilisation d'une partie du corps correspondant au moins en partie avec la partie soumise aux stimuli.
L'invention concerne donc plus généralement un dispositif de génération de signaux bioélectriques, fournissant à un être vivant des sensations correspondant à l'exécution d'un mouvement donné d'une partie de son corps (1) même si ce mouvement n'est pas exécuté, comportant :
- une table de signaux élémentaires d'excitation,
- une unité de commande comportant un séquenceur,
- des vibreurs portés par un support de couplage maintenant chacun d'eux dans une position prédéterminée par rapport à des éléments corporels de la partie du corps, dans lequel, pour chaque mouvement donné, chaque vibreur peut recevoir un signal élémentaire d'excitation pour qu'il stimule mécaniquement des éléments corporels de la partie du corps pour provoquer l'émission de signaux bioélectriques, l'ensemble des signaux élémentaires d'excitation des différents vibreurs constituant un macro- motif, ces signaux élémentaires étant choisis pour constituer un macro-motif spécifique caractéristique du mouvement considéré, ce macro-motif lu par le séquenceur donnant aux vibreurs les signaux élémentaires d'excitation capables de provoquer la création de signaux bioélectriques chez l'être vivant lui faisant percevoir les sensations d'exécution dudit mouvement. L'invention concerne aussi un procédé d'établissement des macro-motifs d'excitation du dispositif selon l'invention, procédé dans lequel on effectue des tests sur au moins une personne sujet,
- en lui appliquant des stimuli sous forme de vibrations d'un premier macro-motif déterminé a priori, pour une partie du corps considérée, simulant, virtuellement, un mouvement déterminé,
- le sujet indique la perception qu'il a du mouvement virtuel ainsi évoqué par les stimuli,
- et, par itérations successives, en faisant évoluer des paramètres du premier macromotif, on détermine des valeurs finales des dits paramètres correspondant à une émulation satisfaisante du mouvement réel simulé, et
- ayant répété le cycle d'étapes précédentes un nombre voulu de fois pour obtenir le nombre voulu de macro-motifs, on mémorise les paramètres de ceux-ci dans la dite table.
On peut en particulier déterminer quels sont les muscles existants dans la partie du corps considérée et on poursuit l'exécution des cycles successifs jusqu'à avoir élaboré un nombre suffisant de macro-motifs pour que chacun des dits muscles soit traité par au moins l'un des macro-motifs.
L'invention concerne aussi une utilisation du dispositif selon l'invention, dans laquelle on intègre fonctionnellement le dispositif avec une console de jeu vidéo pour émuler, au niveau d'un utilisateur, des mouvements d'un avatar de celui-ci représenté sur un écran.
L'utilisateur peut ainsi percevoir les mouvements de son avatar et éventuellement les mouvements volontaires qu'exécute cet utilisateur ou les chocs qu'il reçoit. Dans une forme d'utilisation sophistiquée, l'utilisateur manie un accéléromètre tri-directionnel (3D) pour commander les mouvements de son avatar, c'est-à-dire qu'il commande le jeu par son propre mouvement 3D, en direction et intensité, et qu'il perçoit celui-ci ou uniquement son contact avec l'environnement (choc contre un mur, combat de boxe) au moyen du dispositif selon l'invention. Sa perception des événements présentés à l'écran est donc à la fois visuelle et tactile et motrice, avec des sensations d'accélération locale, c'est-à-dire de mouvement. On conçoit donc que ces deux canaux parallèles et complémentaires de perception de l'environnement permettent de plonger intensément l'utilisateur dans cet environnement visuel augmenté. Plus généralement, l'invention porte sur des dispositifs et des procédés tels que définis dans les revendications.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation d'une orthèse mettant en œuvre le procédé de l'invention, en référence au dessin annexé, selon lequel :
- La figure 1 est formée d'une figure IA, qui est un schéma synoptique illustrant le contexte de l'invention, sous forme de boucle de transmission d'informations entre un tendon associé à l'orthèse et le cerveau, et d'une figure IB qui illustre plus précisément la forme de l'orthèse, - la figure 2, formée des figures 2A, 2B et 2C, montre trois exemples de signaux temporels représentant la lettre "a",
- la figure 3, formée des figures 3 A, 3B et 3C, représente une articulation considérée d'un sujet pour la figure 2A à 2C respective,
- la figure 4, formée des figures 4A, 4B et 4C, représente l'écriture manuelle de la lettre "a" ci-dessus, correspondant aux figures 3 A à 3C respectives,
- la figure 5 représente un pied associé à diverses directions de sensation, évoquées par la vibration de divers tendons,
- les figures 6 et 7 représentent chacune cinq motifs temporels de signaux issus de divers muscles, lorsque l'on trace respectivement la lettre "a" et le chiffre 8, avec à chaque fois un signal naturel capté et le même signal après traitement, et
- la figure 8, constituée des figures 8A, 8B, 8C et 8D, comporte respectivement quatre lignes de quatre mêmes chiffres et quatre mêmes lettres de base, illustrant la perception qui en est acquise lors de l'application de macro-motifs.
La figure IA est une vue schématique illustrant le contexte de l'invention. Les muscles du pied 1 en mouvement d'une personne, ici vu de droite, et précisément des tendons 2, émettent classiquement vers le cerveau des signaux élémentaires significatifs du mouvement en cours, c'est-à-dire la trajectoire et la vitesse du pied 1, sous forme de son mouvement global d'avance de même que ses mouvements en rotation. La figure IB représente, en vue de gauche, plus en détails la forme de l'orthèse, qui enveloppe étroitement Ie pied et le bas du mollet.
On rappellera que, de façon classique, le mouvement de tout objet peut être défini en se référant à six types de mouvement, à savoir trois translations selon respectivement trois axes orthogonaux, comme par exemple un axe vertical et deux axes horizontaux définissant une direction avant/arrière et une direction latérale, et trois axes de rotation orthogonaux.
Le mouvement a été provoqué par une commande volontaire du cerveau ou par un acte réflexe. Les signaux reçus en retour par le cerveau sont donc un compte rendu du mouvement exécuté, de sorte que le cerveau peut au besoin envoyer un ordre de correction, pour rectifier un mouvement qu'il juge incorrect ou pour enchaîner une poursuite du mouvement. C'est en particulier important pour synchroniser la marche.
Le cerveau est ainsi habitué à traiter ce genre de signaux. Toutefois, en cas d'immobilisation du membre, suite à une entorse, fracture ou autre, le cerveau ne reçoit plus de tels signaux et les réseaux neuronaux qui les traitaient sont progressivement affectés à d'autres tâches.
De tels signaux élémentaires "de mouvement" reçus par le cerveau ont été captés par des électrodes insérés dans le nerf, à proximité des fibres sensitives provenant des récepteurs physiologiques, et enregistrés dans une base de données 10. Le nombre total de tendons 2 définit ainsi une première pluralité, de taille Pl, de tels signaux élémentaires, et tout mouvement particulier MO, parmi une deuxième pluralité P2 de mouvements possibles, correspond à un sous-ensemble propre constituant un jeu particulier constitué d'une troisième pluralité P3 de signaux élémentaires appartenant à la première pluralité Pl. Chaque troisième pluralité P3 est donc de taille propre au mouvement MO considéré de la deuxième pluralité P2, car elle est composée de ceux des signaux élémentaires qui sont propres à ce mouvement MO.
Dans la présente description, les références de pluralité Pl, P2 ou P3, qui chacune concernent différents types d'éléments, désignent uniquement le nombre ou taille de la pluralité, alors que la nature ou type des éléments est indiquée par les termes associés à la référence.
A titre uniquement d'explication numérique, il y a par exemple une première pluralité Pl de 5 tendons 2 à surveiller (seulement deux tendons 2 étant représentés), c'est-à-dire une première pluralité Pl de signaux élémentaires à acquérir à travers 5 canaux d'acquisition. Un premier mouvement déterminé Ml, parmi la deuxième pluralité P2 de mouvements, par exemple représentant 10 mouvements MO, provoquera par exemple une réaction sur une dite troisième pluralité P3 de canaux qui sera par exemple constituée des canaux de rang 1 à 4, alors qu'un deuxième mouvement M2 provoquera une réaction sur une autre troisième pluralité P3 de canaux constituée par les canaux de rang 3 à 5. On voit donc que les troisièmes pluralités P3 de canaux, et donc aussi de signaux élémentaires, sont de tailles disparates, ici de tailles respectives 4 et 3 canaux. Chacune des P2 troisièmes pluralités P3 de signaux élémentaires forme ainsi un bloc de données, de taille P3 (nombre de signaux élémentaires) spécifique du mouvement MO considéré. La deuxième pluralité P2 de mouvements peut être de taille bien supérieure à la première pluralité Pl de signaux élémentaires puisque les divers (P3) blocs de données de la deuxième pluralité P2 de mouvements sont chacun formés par des combinaisons spécifiques et de tailles P3 mutuellement différentes, de dits signaux élémentaires pris dans la première pluralité Pl.
Afin de pouvoir identifier mutuellement ces signaux élémentaires, il a été défini, lors d'essais, un premier ensemble de mouvements types, en nombre de signaux pertinents constituant la première pluralité Pl. Pour chaque mouvement MO, c'est-à-dire chaque troisième pluralité P3 de signaux élémentaires, il a été établi une moyenne de chacun des signaux élémentaires, c'est-à-dire un lissage des écarts dus à diverses causes, comme par exemple la taille ou la morphologie du sujet.
Les références 11 et 12 désignent ainsi, chacune pour un mouvement MO particulier parmi les P2 mouvements, un dit bloc de données contenant une troisième pluralité P3 de tels signaux élémentaires, les deux blocs 11, 12 correspondant respectivement à deux mouvements types, ou "normalisés", Ml et M2, déterminant la taille de la deuxième pluralité P2, qui vaut donc P2 = 2, pour simplifier le présent exposé. Bien évidemment, il s'agit là d'une représentation simplifiée, car il a été établi une bien plus grande deuxième pluralité P2 de blocs contenant une troisième pluralité P3 de signaux de mouvement MO. Chaque troisième pluralité P3 de signaux d'un bloc 11 ou 12 représente ainsi tous les signaux élémentaires émis par divers tendons 2 lors du mouvement MO considéré. Comme indiqué, les diverses troisièmes pluralités P3 sont en général de tailles respectives différentes, c'est-à-dire que chaque mouvement MO implique un nombre de tendons 2 qui lui est propre, par exemple à chaque fois de trois à cinq parmi un plus grand nombre (Pl) de tendons 2 existants, mais dont les autres tendons 2 ne présentent pas d'intérêt pour le mouvement MO considéré. En bref, cette branche ascendante, vers le cerveau, met en œuvre une fonction de transducteur, faisant passer du domaine de la mécanique, et plus précisément de la cinématique, c'est-à-dire un domaine de "l'action", au domaine de la bio-électricité dans lequel se trouvent les signaux, et plus précisément le domaine de l'information ou connaissance, avec l'analyse des signaux par le cerveau.
Une idée fondamentale a été d'examiner si l'on pouvait effectuer la transformation inverse, à partir de la base de données 10 qui constitue une bibliothèque descriptive des réponses bio-électriques aux divers (P2) mouvements MO.
L'intérêt est de pouvoir provoquer la création de ces mêmes deuxièmes pluralités P2 de chacune P3 signaux, de retour sensoriel vers le cerveau, lorsque la partie du corps considérée, donc ici le pied 1, est immobilisée par un support de couplage 3 ici sous forme d'orthèse à retour sensoriel constituant un corset appliqué sur le pied 1, blessé, pour ainsi conserver l'activité d'analyse correspondante au niveau du cerveau.
Pour ce faire, il est défini une branche descendante, de la base de données 10 vers le pied 1, dont un tronçon amont est purement électronique et dont un tronçon aval est de type électro-mécanique pour transformer les signaux électriques de commande en stimuli mécaniques au niveau des tendons 2. La base de données 10 commande ainsi un transcodeur 20 qui lui-même commande en écriture une mémoire 30 d'une dite deuxième pluralité P2 de macro-motifs 31, 32, contenant chacun une dite troisième pluralité P3 de signaux élémentaires, les macro-motifs 31, 32 étant définis de façon bijective à partir des blocs de données respectifs 11 et 12 propres à chaque mouvement MO.
La mémoire 30 appartient à une unité de commande 40 gérée par une unité centrale 42 pilotée par une base de temps 41 et associée à un séquenceur 43 relié en lecture à la mémoire de macro-motifs 30. Chaque macro-motif, parmi la deuxième pluralité P2 de macro-motifs 31, 32 contenant chacun P3 motifs électroniques de commande, peut ainsi commander, par une liaison 49 comportant une dite première pluralité Pl de voies, une dite troisième pluralité P3, qui lui est propre, de transducteurs 51, ou transpondeurs, choisis parmi une dite première pluralité Pl de transducteurs 51. La première pluralité Pl de transducteurs 51 commande une dite première pluralité Pl de vibreurs respectifs associés 61 appliqués en diverses positions prédéterminées sur les muscles du pied 1 et en particulier sur les Pl tendons 2 respectifs. En d'autres termes, la découpe en première Pl, deuxième P2 et troisième P3 pluralités de ce tronçon aval de la branche descendante, électronique et mécanique, est l'image de ce qui existe sur la branche montante, corporelle. La figure IB montre que les vibreurs 61 sont logés sous l'enveloppe constituant l'orthèse et appliqués sur le tendon 2 associé sous une pression réglée par une vis de réglage de couplage 61V.
La première pluralité Pl de paires de transducteurs 51 et de vibreurs 61 est donc de taille suffisante pour permettre de provoquer tous les types de signaux élémentaires de la base de données 10. On notera toutefois qu'il peut y avoir encore plus de transducteurs 51 et de vibreurs 61, c'est-à-dire une quatrième pluralité de taille supérieure à la première pluralité Pl, si, par exemple, il est prévu de combiner les vibrations de plusieurs vibreurs 61 pour obtenir une composition vibratoire selon une direction composite optimale, représentant la direction de sensibilité maximale d'un tendon 2, c'est-à-dire pour laquelle il fournit, en réponse vers le cerveau, un signal élémentaire d'amplitude maximale. Précisément, le macro-motif 31 ou 32 qui est sélectionné, en vue d'émuler, vis-à- vis du cerveau, un mouvement Ml ou M2 parmi la deuxième pluralité P2, va commander l'une des deuxièmes pluralités P2, parmi la première pluralité Pl de transducteurs 51, afin de stimuler mécaniquement ceux des tendons 2, ou autres éléments corporels, qui engendrent normalement les signaux électriques élémentaires en réponse au mouvement réel Ml ou M2 considéré.
En termes de système asservi, la boucle constituée par la branche montante, des tendons 2 à la base de données 10, et la branche descendante, de retour, présente un gain unité, c'est-à-dire que la branche descendante est capable de produire, et délivrer sur les tendons 2, des signaux de nature mécanique qui provoquent en réaction la création de signaux électriques élémentaires biologiques et, de plus, la branche descendante est agencée pour que les signaux électriques élémentaires, qu'elle induit par réaction des tendons 2, soient sensiblement identiques aux signaux élémentaires d'origine, c'est-à- dire ceux qui, après codage numérique, forment les blocs 11 ou 12 d'où l'on est parti, dans la base de données 10, pour produire les stimuli. Après une phase initiale de mise au point de la branche descendante pour régler la boucle au gain unité, et, ayant constitué une dite base de données 10 dont la deuxième pluralité P2 de blocs 11, 12 aura été jugée suffisante, on n'exploite ensuite que la branche descendante pour émuler des mouvements virtuels. On peut en particulier songer à des jeux sur console vidéo, dans lesquels le cerveau du joueur percevrait des sensations de mouvements qui ne seraient que purement virtuels. Le support de couplage 3 ne serait plus un corset d'immobilisation d'un membre, et il ne conserverait que sa fonction de maintien, pour maintenir l'ensemble des vibreurs 61 en position prédéterminée de couplage en tout endroit corporel voulu.
Un point important à noter est que, ayant mémorisé la première pluralité Pl de signaux élémentaires, la plupart en plusieurs exemplaires répartis dans les divers P2 blocs de données 11, 12 de P2 mouvements effectivement observés, on dispose ainsi d'un "vivier" ou bibliothèque de constituants élémentaires de mouvement, si bien que l'on peut prévoir d'augmenter, dans la mémoire 30, la taille de la deuxième pluralité P2 de macro-motifs 31, 32 et autres, c'est-à-dire de monter jusqu'à une deuxième pluralité accrue P2A, par ajout de nouveaux macro-motifs 38, 39 aptes à provoquer l'émulation de mouvements virtuels, qui n'ont donc jamais été observés pour constituer la base de données 10. Les mouvements virtuels ci-dessus peuvent être des mouvements "classiques", naturels, tels qu'un mouvement d'un membre, ou être des mouvements sortant de l'ordinaire, par exemple correspondant à une force surnaturelle ou extranaturelle telle qu'hallucination ou encore correspondant à une position non usuelle, par exemple une position adoptée lors d'un exercice de natation ou un saut en chute libre à partir d'un avion. On peut ainsi émuler les mouvements voulus dans un jeu vidéo. La mise au point nécessaire pour définir chaque macro-motif supplémentaire 38, 39 peut s'effectuer par des tests itératifs, en appliquant le macro-motif supplémentaire 38 ou 39 à un sujet et en recueillant l'avis de la personne considérée quant aux sensations qu'elle perçoit.
Les blocs de données 11 et 12 représentent chacun l'évolution temporelle des signaux correspondants, c'est-à-dire de leur amplitude instantanée constituant un motif temporel de commande des vibreurs 61, à travers les transducteurs 51. La forme du signal, représentant l'évolution de cette amplitude instantanée au fil du temps, peut être définie, en mémoire 30, par une suite d'échantillons régulièrement espacés temporellement, par exemple toutes les 5 millisecondes, donc à 200 Hz. Une autre façon de représenter la forme du signal d'un motif est de considérer qu'il comporte une composante continue, susceptible de varier à une certaine vitesse, sur laquelle se superpose une composante alternative, c'est-à-dire à amplitude variant plus vite et selon une fréquence instantanée qui peut varier, avec éventuellement des dérives de phase. On peut alors définir le signal par des données spécifiant l'évolution des composantes continue et alternative du motif. Les signaux engendrés par les tendons 2 sont ainsi codés pour pouvoir être exploités de façon numérique.
Les macro-motifs 31, 32 vont chacun être établis à partir du bloc 11 ou 12, source, avec un transcodage intermédiaire, par le transcodeur 20, pour les adapter aux caractéristiques spécifiques des vibreurs 61, c'est-à-dire leur sensibilité, ou réponse mécanique aux commandes électriques, et en particulier leur plage de fonctionnement en fréquence et leur courbe de réponse, ou sensibilité, selon les fréquences, de même que leur déphasage de réponse selon la fréquence.
D'une façon générale, les paramètres à prendre en compte dans la boucle globale sont les suivants :
Branche montante :
- Sensibilité de la réaction des tendons 2 à un mouvement, et ceci selon son amplitude, sa direction et sa vitesse, déterminant la forme du signal bio-électrique élémentaire émis.
- Sensibilité de réception au niveau du cerveau.
- Mode de numérisation, dans la base de données 10, du signal élémentaire capté.
Branche descendante :
- Fonction de transduction du transcodeur 20. - Mode de codage, dans la mémoire 30, des signaux issus du transcodeur 20, pour constituer les macro-motifs 31, 32.
- Transformation des signaux numériques de macro-motif 31, 32 en signaux analogiques émis sur la liaison 49.
- Sensibilité de réponse des transducteurs 51, en ce qui concerne l'amplitude, la fréquence et la phase.
- Sensibilité de réponse des vibreurs 61, en amplitude, fréquence et phase. - Efficacité du couplage entre les vibreurs 61 et la zone de peau en regard, et donc avec le tendon 2 considéré.
La mise au point de l'invention a permis de déterminer un faisceau d'une dite première pluralité Pl de dites boucles, élémentaires, chacune relative à un dit signal élémentaire et présentant un gain unité, pour ainsi émuler avec précision un mouvement MO initialement observé, voire un nouveau mouvement.
Chaque macro-motif 31, 32 comporte ainsi des données spécifiant une modulation d'amplitude et/ou de fréquence du mouvement du vibreur 61 sur une période d'excitation prédéterminée. La mémoire 30 et le séquenceur 43 associé peuvent être mécaniquement indépendants du support de couplage 3, et reliés aux transducteurs 51 par une dite liaison de données 49 qui peut comporter un faisceau d'une première pluralité Pl de fils commandant chacun un transducteur 51 particulier. Il peut toutefois être prévu que la liaison de données 49 soit de type sans-fil, par exemple radio. En pareil cas, il est de préférence établi un canal commun de transmission de données, sur une fréquence porteuse, et la troisième pluralité P3 de signaux dans chaque macro-motif 31, 32 est émise par multiplexage temporel, c'est-à-dire sous forme de messages de données successifs adressés chacun à un transducteur 51 particulier par un multiplexeur 44. En réception dans l'orthèse 3, les messages sont distribués vers le destinataire ci-dessus (51) par un démultiplexeur 54, c'est-à-dire un aiguilleur apte à joindre celui voulu parmi les Pl transducteurs 51 destinataires éventuels. Si les signaux ainsi reçus sont numériques, un décodeur numérique / analogique est associé au démultiplexeur 54 pour les transformer en signaux analogiques aptes à commander directement les transducteurs 51. La transmission des P3 motifs de chacun des P2 macro-motifs 31, 32 peut toutefois aussi s'effectuer de façon purement analogique, avec un tel décodeur en entrée de la liaison 49. Il peut aussi être prévu de stocker les macro-motifs 31, 32 sous forme analogique.
Il peut en particulier être prévu que Ia mémoire 30 de macro-motifs 31, 32 et le séquenceur 43 soient logés dans un serveur distant, apte à desservir toute une population d'orthèses 3 ainsi équipées de vibreurs 61. En pareil cas, la liaison 49 est par exemple de type téléphonique filaire ou bien radio, cellulaire ou satellitaire, et les transducteurs 51 sont alors commandés par des circuits de poste téléphonique, par exemple cellulaire. Précisément, il peut être prévu que l'orthèse 3 comporte une sorte d'étui pour y fixer un tel poste portable, et le port classique de données que présente usuellement un tel poste sert à restituer, au niveau filaire, les signaux de macro-motif 31, 32 reçus par radio. L'explication ci-dessus sur le démultiplexage vaut aussi dans le présent cas. On conçoit qu'une telle organisation de transmission des données à partir d'un serveur central permet d'offrir toute évolution voulue dans la variété des P2 macromotifs 31, 32, pour accroître la taille de P2. Dans le cas d'une application à un jeu vidéo, on peut ainsi offrir un service de jeu en temps réel, à la demande, c'est-à-dire après requête auprès du serveur. On peut aussi prévoir que le poste portable reçoive et stocke tout le contenu de la mémoire 30 de macro-motifs 31, 32, pour ensuite jouer en local, donc sans maintenir la liaison téléphonique de téléchargement des données ci-dessus. En variante encore, c'est un réseau informatique de transmission de données, par exemple le réseau de l'Internet, qui remplace le réseau téléphonique.
Pour l'établissement des macro-motifs 31, 32, on effectue des tests sur au moins une personne sujet,
- en lui appliquant des stimuli sous forme de vibrations d'un premier macro-motif 31 déterminé a priori, pour un membre (1) considéré, simulant, virtuellement, un mouvement déterminé,
- le sujet indique la perception qu'il a du mouvement virtuel ainsi évoqué par les stimuli, - et, par itérations successives, en faisant évoluer des paramètres du premier macromotif 31, on détermine des valeurs finales des dits paramètres correspondant à une émulation satisfaisante du mouvement réel simulé, et
- ayant répété le cycle d'étapes précédentes un nombre voulu de fois pour obtenu le nombre voulu de macro-motifs 31, 32, on mémorise les paramètres de ceux-ci pour former table constituée par la mémoire 30.
Les paramètres ci-dessus déterminent donc la forme temporelle de chaque motif temporel, c'est-à-dire que chaque paramètre peut être représenté, comme évoqué plus haut, par des échantillons d'amplitude, éventuellement en nombre restreint et complétés par des informations de fréquence et de phase. En particulier, on détermine quels sont les muscles existants dans le membre considéré et on poursuit l'exécution des cycles successifs jusqu'à avoir élaboré un nombre suffisant de macro-motifs 31, 32 pour que chacun des dits muscles soit traité par au moins l'un des macro-motifs 31, 32.
Des indications supplémentaires, exposant le détail des essais effectués, vont maintenant être fournies. II s'agissait de mettre au point les macro-motifs 31, 32 et 38, 39, c'est-à-dire de déterminer des erreurs résiduelles entre la sensation de mouvement induite chez des sujets et un mouvement réel que chaque macro-motif représentait aussi bien que possible.
Les abrégés utilisés pour les tendons 2 de la cheville sont TA = tibialis anterior, EHL = extensor hallucis longus, EDL = extensor digitorum longus, PL = peroneus lateralis, GS = gastroenemius soleus, TP = tibialis posterior, et la figure 2C, pour le poignet, concerne l'extenseur, l'abducteur, le fléchisseur et l'adducteur.
Les sujets étaient assis sur une chaise, en tenant à la main un crayon (figure 4). Les figures 3A et 3B montrent que l'une de leurs chevilles était maintenue à angle droit avec le tibia, avec Pl = 5 vibreurs 61 sur les tendons 2, sous une pression d'environ 0,5 N. Sur la figure 3C, c'est un poignet qui est ainsi couplé à Pl = 4 vibreurs 61. Les vibreurs 61 étaient un produit commercialisé par la société IKAR Cie Ltd, sous le nom protégé Vibralgic model. Les vibreurs 61 présentaient une tête de 1 à 2 cm de long et 1 cm de diamètre. On rappellera qu'un vibreur 61 peut être constitué d'un bobinage électrique alimenté par le signal de motif élémentaire, amplifié à la puissance voulue, pour ainsi produire un champ magnétique alternatif d'amplitude et fréquence instantanées voulues et évoluant pour produire la forme précise du motif élémentaire. Chaque motif élémentaire était formé d'une suite d'impulsions de 5 ms, avec une amplitude crête à crête de 0,25 mm. Le spectre était dans la bande allant de 1 à 100 Hertz. Le vibreur 61 peut aussi être constitué à partir d'un moteur électrique rotatif à rotor couplé à une masse excentrée. On peut encore prévoir un élément piézo-électrique.
La figure 2A montre ainsi un macro-motif de cinq motifs temporels initialement captés sur un sujet lorsqu'on impose à l'articulation de la cheville de celui-ci un mouvement qui correspond au tracé de la lettre « a » par l'extrémité du segment correspondant à cette articulation (bloc 11), et retranscrits en macro-motif 31 dans la mémoire 30, ces motifs élémentaires coopérant pour décrire le tracé neuro-sensoriel de la lettre "a", à travers le séquenceur 33 et les vibreurs 61. Dans le cas des figures 2B-2C et 3B-3C, il s'agit d'une approche de synthèse, dans laquelle on a mis au point l'ensemble qui convient de motifs élémentaires, c'est-à- dire que l'on a choisi les tendons 2 convenables à exciter, et on a déterminé à nouveau, sans faire appel à leurs observations expérimentales, la forme temporelle de chacun des signaux de motif élémentaire pour que le sujet perçoive au mieux un tracé déterminé "correct", c'est-à-dire le reproduise, ceci pour respectivement l'excitation de la cheville (figure 4B) ou du poignet (figure 4C). La figure 4B montre ainsi que l'on a pu améliorer les signaux naturels (figure 2A) pour obtenir un tracé parfait de la lettre "a", indiquant donc la perception voulue pour obtenir ce résultat. Il s'agit donc d'une correction d'une distorsion de perception visible sur la figure 4A. Le transcodeur 20 peut ainsi effectuer la correction inverse de la distorsion ci-dessus.
La figure 5 représente un pied en vue de dessus, avec divers vecteurs représentant les excitations TA + EHL, EDL, PL, GS et TP de la figure 2.
Pour mettre au point un macro-motif artificiel ou de synthèse 38, 39, un filtre passe-bas a lissé les enregistrements des trajectoires exécutées. Par ailleurs, on a déterminé des composantes de vitesse angulaire de la trajectoire d'écriture de la lettre ou chiffre considéré, en coordonnées orthogonales d'axes d'abscisse x et d'ordonnée y. Pour ce faire, on a, à rythme fixe, toutes les 200 ms, déterminé la différence de positions ûx et ûY d'un point courant de trajectoire d'écriture sur les deux axes, ce qui fournissait la direction et la taille d'un vecteur vitesse instantané. La comparaison entre deux tels vecteurs successifs fournissait alors un angle de dévoiement de la trajectoire, correspondant, de façon bi-univoque, à une certaine courbure. Selon celle-ci, les vecteurs vitesse voient leur norme évoluer et par conséquent la structure des motifs artificiels évolue de même. On conçoit donc que la cheville reçoit les diverses vibrations vectorielles et détecte donc tout changement de direction d'au moins l'une de celles-ci. En ce qui concerne la sensibilité d'un telle détection, on peut définir, pour chaque muscle, une direction de sensibilité maximale, c'est-à-dire qu'une même vibration sera perçue de façon atténuée si elle présente une direction oblique par rapport à la direction de sensibilité maximale. Si l'on s'éloigne angulairement de la direction de sensibilité maximale, l'excitation des vibreurs 61 doit être multipliée par le cosinus de l'angle d'obliquité alors existant. Un tel procédé d'élaboration des macro-motifs de synthèse d'excitation des vibreurs est applicable à n'importe quelle articulation du corps d'un être vivant.
Les figures 6 et 7, homologues de la figure 2, représentent chacune cinq signaux de motif élémentaire de cinq tendons 2, pour respectivement la lettre "a" et le chiffre 8. Pour chacun des signaux élémentaires, il a été représenté, sur 6,5 secondes, l'évolution de la fréquence du signal en fonction du temps, cette fréquence étant normée entre 0 et 1, entre la dite limite inférieure 1 Hz et la limite supérieure 100 Hz. Chaque signal est en fait représenté deux fois, tout d'abord à titre de motif naturel, expérimental (pointillés), déterminé à partir d'un relevé effectué sur un sujet, et par ailleurs à titre de motif artificiel (ligne continue), c'est-à-dire engendré lors de la mise au point d'un macro-motif artificiel 38 ou 39. Les différences que l'on observe entre les deux signaux de chaque paire sont mineures, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas significatives.
La figure 8A montre huit tracés à trajectoires imposées pour les quatre chiffres 1, 2, 3, 8 et les quatre lettres a, b, e, n. La figure 8B montre des tracés correspondants reproduits de façon expérimentale selon ce qui a été exposé pour les figures 2A, 3 A et 4A, alors que les figures 8C et 8D correspondent aux conditions exposées pour respectivement les figures 2B, 3B, 4B et 2C, 3C, 4C, c'est-à-dire pour la cheville ou le poignet.

Claims

Revendications
1. Dispositif destiné à faire percevoir à un être vivant des sensations de mouvements virtuels d'une partie de son corps (1), comportant une unité de commande (30, 40, 41, 42, 43) comprenant en mémoire une table (30) contenant une première pluralité (Pl) de signaux élémentaires d'excitation servant d'éléments constitutifs d'une deuxième pluralité (P2) de macro-motifs (31, 32) constitués chacun par une troisième pluralité propre (P3) de dits signaux élémentaires, l'unité de commande (30, 40, 41, 42, 43) comportant un séquenceur (43) agencé pour lire les macro-motifs (31, 32) et émettre une dite deuxième pluralité (P2) de commandes correspondantes d'excitation, à chaque fois, d'une dite troisième pluralité propre (P3) de vibreurs (61) sélectionnés parmi une dite première pluralité (Pl) de vibreurs (61) portés par un support (3) de couplage en des zones respectives prédéterminées de la partie du corps (1), l'excitation de la dite troisième pluralité propre (P3) de vibreurs (61) par la dite deuxième pluralité (P2) de commandes étant prévue pour stimuler mécaniquement des éléments corporels de ladite partie du corps de l'être vivant pour provoquer la création de signaux bioélectriques chez l'être vivant lui faisant percevoir des sensations d'un mouvement virtuel donné de ladite partie de son corps.
2. Dispositif de génération de signaux bioélectriques, fournissant à un être vivant des sensations correspondant à l'exécution d'un mouvement donné d'une partie de son corps (1) même si ce mouvement n'est pas exécuté, comportant : une table (30) de signaux élémentaires d'excitation,
- une unité de commande (30, 40, 41, 42, 43) comportant un séquenceur (43), - des vibreurs (61) portés par un support (3) de couplage maintenant chacun d'eux dans une position prédéterminée par rapport à des éléments corporels de la partie du corps (1), dans lequel, pour chaque mouvement donné, chaque vibreur peut recevoir un signal élémentaire d'excitation pour qu'il stimule mécaniquement des éléments corporels de la partie du corps pour provoquer l'émission de signaux bioélectriques, l'ensemble des signaux élémentaires d'excitation des différents vibreurs constituant un macro-motif, ces signaux élémentaires étant choisis pour constituer un macro- motif spécifique caractéristique du mouvement considéré, ce macro-motif lu par le séquenceur (43) donnant aux vibreurs (61) les signaux élémentaires d'excitation capables de provoquer la création de signaux bioélectriques chez l'être vivant lui faisant percevoir les sensations d'exécution dudit mouvement.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les éléments corporels stimulés par les vibreurs (61) sont des tendons appartenant à des muscles qui seraient impliqués dans l'exécution réelle du mouvement correspondant au mouvement virtuel dont on veut provoquer les sensations.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, lequel est prévu pour la rééducation fonctionnelle.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le support de couplage (3) est prévu pour limiter des mouvements volontaires de la partie du corps (1) ou pour immobiliser la dite partie du corps.
6. Dispositif selon la revendication 4 lequel est prévu pour l'assistance à la locomotion et la rééducation de celle-ci.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, lequel est prévu pour l'apprentissage ou le perfectionnement d'un geste.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque macro-motif (31, 32) comporte des données spécifiant une modulation d'amplitude et/ou de fréquence du mouvement du vibreur (61) sur une période d'excitation prédéterminée.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel Ie séquenceur (43) est mécaniquement indépendant du support de couplage (3), et relié aux vibreurs (61) par une liaison de données (49).
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la liaison (49) est de type sans-fil.
11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel les vibreurs (61) sont commandés à travers un transpondeur (51) respectif.
12. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel la liaison (49) est assurée par des circuits de téléphonie cellulaire ou de liaison avec un réseau de transmission de données.
13. Système de production de représentations virtuelles comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 qui lui est intégré fonctionnellement, pour associer aux sollicitations des canaux sensoriels de l'utilisateur des sensations de perception de mouvements virtuels.
14. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il constitue une console de jeu vidéo dans laquelle le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, qui lui est intégré fonctionnellement, est prévu pour faire percevoir à un utilisateur des mouvements qui affectent la représentation sur un écran que le jeu vidéo attribue à cet utilisateur.
15. Procédé d'établissement des macro- motifs (31, 32) d'excitation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, procédé dans lequel on effectue des tests sur au moins une personne sujet, - en lui appliquant des stimuli sous forme de vibrations résultant d'un premier macro-motif (31) déterminé à priori,et, pour une partie du corps (1) considérée, pour faire percevoir à la personne sujet les sensations d'un mouvement déterminé, le sujet indique la perception qu'il a du mouvement virtuel ainsi évoqué par les stimuli, et, par itérations successives, en faisant évoluer des paramètres du premier macro-motif (31, 32), on détermine des valeurs finales des dits paramètres correspondant à une émulation satisfaisante du mouvement réel simulé, et ayant répété le cycle d'étapes précédentes un nombre voulu de fois pour obtenir le nombre voulu de macro- motifs (31, 32), on mémorise les paramètres de ceux- ci dans la dite table (30).
16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel on détermine quels sont les muscles existants dans la partie du corps considérée qui sont impliqués dans une exécution réelle du mouvement simulé, et on poursuit l'exécution des cycles successifs jusqu'à avoir élaboré un nombre suffisant de macro-motifs (31, 32) pour que chacun des dits muscles soit traité par au moins l'un des macro-motifs (31, 32).
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, dans lequel les stimuli sont obtenus à partir des macro-motifs (31, 32) résultant des signaux élémentaires captés dans le nerf, à proximité des fibres sensitives provenant des récepteurs physiologiques, et enregistrés dans la base de données (10).
18. Procédé d'établissement des macro-motifs artificiels (38, 39) d'excitation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant les étapes suivantes : on détermine les vecteurs vitesse instantanée de parcours d'une trajectoire donnée, pour des points de cette trajectoire espacés dans le temps, on identifie les muscles qui seraient impliqués si un être vivant exécutait le mouvement correspondant à la dite trajectoire, on identifie les directions de sensibilité maximale de ces muscles, on établit les macromotifs en caractérisant les signaux élémentaires constitutifs des macromotifs à partir d'une analyse des vecteurs vitesses par rapport aux directions de sensibilité maximale.
19. Procédé selon la revendication 18 dans lequel : la trajectoire est enregistrée et lissée par utilisation d'un filtre passe-bas, la détermination des vecteurs vitesse est effectuée pour des points régulièrement espacés dans le temps, par exemple 200 ms.
20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, dans lequel on détermine la fréquence respective des signaux élémentaires en la fixant à une fréquence d'excitation maximale des vibreurs correspondants, par exemple 100 Hz, lorsque les vecteurs vitesse sont orientés suivant la direction de sensibilité maximale du muscle correspondent, et en la fixant à une fréquence d'excitation qui est d'autant plus faible que l'orientation des vecteurs vitesse s'éloigne angulairement de la direction de sensibilité maximale du muscle considéré, jusqu'à atteindre une valeur minimale d'excitation des vibreurs correspondants, par exemple 1 Hz.
21. Procédé selon la revendication 20 dans lequel on détermine la fréquence des signaux élémentaires par rapport à la fréquence maximale d'excitation des vibreurs en fonction du cosinus de l'angle entre les vecteurs vitesse et la direction de sensibilité maximale du muscle considéré.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, dans lequel l'amplitude des signaux élémentaires est fixée à une valeur prédéterminée, par exemple de 0,25 mm de crête à crête.
23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel on établit les macromotifs en caractérisant la fréquence des signaux élémentaires constitutifs des macromotifs à partir de l'analyse des vecteurs vitesses par rapport aux directions de sensibilité maximale.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 23 dans lequel : les vecteurs vitesse sont déterminés dans un système de référence, par exemple en coordonnées orthogonales, les directions de sensibilité maximale des muscles sont représentées dans un système de référence de même type.
25. Procédé selon la revendication 24, dans lequel la détermination des vecteurs vitesse et la représentation des directions de sensibilité maximale sont effectuées dans un seul et unique système de référence.
26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 25, dans lequel les macro-motifs artificiels établis (38, 39) concernent un mouvement relatif à une trajectoire dont l'exécution implique une seule articulation, par exemple la cheville ou le poignet.
27. Procédé selon les revendications 25 et 26 dans lequel le système de référence commun à la détermination des vecteurs vitesse et à la représentation des directions de sensibilité maximale des muscles est centré sur l'articulation, et est un système d'axes orthonormés.
28. Procédé selon les revendications 25 et 26 dans lequel le système de référence commun à la détermination des vecteurs vitesse et à la représentation des directions de sensibilité maximale des muscles est centré sur l'extrémité d'un segment de la partie de corps concerné par le mouvement correspondant à la trajectoire.
29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 28, dans lequel la trajectoire est bidimensionnelle.
30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 28 dans lequel la trajectoire est tridimensionnelle.
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