Comment identifier les rôles dans les actions de coopération basées sur une interaction physique ?

par Clémentine Colomer (Colomer-Tribouillois)

Projet de thèse en Sciences du Mouvement Humain - MPL

Sous la direction de Julien Lagarde et de Ganesh Gowrishankar.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences du Mouvement Humain , en partenariat avec EuroMov (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Ce projet pluridisciplinaire sciences du mouvement humain et robotique porte sur les coordinations des mouvements entre deux personnes pendant la manipulation d'objets physiques, par exemple le déplacement d'une caisse, d'une table. Cette activité de coopération implique la production et la perception de forces, et repose sur la perception haptique des mouvements des partenaires. Cette situation a été étudié expérimentalement entre humains dans la manipulation d'objets (voir Ganesh et al., 2014 ; Takagi et al., 2017 ; Huys et al., 2018), pour le système humain-cheval dans un cas de forces de contact directes (Lagarde et al., 2005). La majorité des travaux sur les comportements interpersonnels de coordination ont impliqué la vision, et ont fait écho à la révolution provoquée en neuroscience par la découverte des neurones miroirs chez le primate par Giacomo Rizzolati, support potentiel de la coopération, de l'imitation, de l'apprentissage, et de la communication (Lagarde, 2013 ; Tognoli et al., 2007). L'interaction physique est notablement moins comprise. Enfin, ce problème trouve de nombreuses applications dans le design des interactions homme-robot (Voir : Evrard & Kheddar, 2009). La coopération entre deux individus basée sur la perception et la production de forces en manipulant des objets rigides (e.g. une table, une barre métallique) pose la question de la définition et de la mesure des rôles, et échanges de rôles, entre un « maître » et un « esclave ». En effet, lors d'une coopération sans interaction mécanique, par exemple lors de la synchronisation de la cadence de marche de deux personnes, médiée par un couplage visuel ou sonore, l'information disponible sur le mouvement du vis- à- vis n'est pas identique pour les partenaires dans une dyade. De plus la régulation du mouvement pour maintenir la synchronisation stationnaire n'est pas ni directe ni instantanée, et la contribution des partenaires à ce maintien peut clairement être asymétrique. Par contre, quand une interaction mécanique a lieu, et ceci pour des objets rigides, par exemple lors de mouvements de translation de l'objet physique, l'information basée sur la perception des forces externes au contact de l'objet est identique et instantanée pour les partenaires. Comment identifier la part de mon déplacement due à mes mouvements volontaires et la part due à l'action du partenaire ? Dès lors, comment réguler son propre mouvement, quand le rôle de la relation entre mouvement prédit et mouvement perçu semble si fondamental pour le cerveau ? Pourtant cette coopération est réalisée sans difficulté apparente. La question d'une spécificité des mécanismes de régulation de la coopération physique est posée. La perception haptique est multimodale, regroupant la perception des forces, des frottements, et engageant récepteurs cutanés et intra-musculaires. L'accès à l'asymétrie des rôles nécessaires à la régulation (savoir comment compenser une perturbation, introduire un changement de trajectoire) peut trouver d'autres origines. En effet, les activités musculaires articulaires des partenaires sont non symétriques en type (ex. : Flexion vs. Extension) et en décours temporel (anticipation), permettant potentiellement de distinguer qui pilote et qui répond. L'objectif du présent projet est d'analyser la symétrie des rôles dans des tâches de coopération de manipulation d'objets physiques. La ou les tâches choisies engageront des mouvements essentiellement du membre supérieur, sans déplacement locomoteurs. Une mesure des forces de contact et de serrage, ainsi qu'un enregistrement d'électromyographie de surface seront réalisés. De plus la possibilité offerte par des interactions médiées par des objets non rigides (e.g. corde ; Huys et al., 2018) pour d'identifier la causalité des rôles sera envisagée.

  • Titre traduit

    How to identify roles in cooperative action involving physical interaction ?


  • Résumé

    The present project at the interface between human movement sciences and robotics adresses the coordination of movements in a dyad while accomplishing a physical manuipulation of rigid objects, such as moving a box or a table. This joint action requires the perception and production of forces, and relies on the haptic perception of partner's actions. This situation has been studied between humans in object manipulating tasks (see Ganesh et al., 2014 ; Takagi et al., 2017 ; Huys et al., 2018), and in the interaction between horse and rider, involving both motion and direct physical contact (Lagarde et al., 2005). Most of previous studies of human cooperation involved visual coupling, echoing the discovery of mirror neurons by Giacomo Rizzolati, potentially serving the functions of cooperation, imitiation, learning, and communicating (Lagarde, 2013 ; Tognoli et al., 2007). The case of physical interaction is much less known to date. The question also finds numerous applications in designing human-robot interactions (see Evrard & Kheddar, 2009). The cooperation bteween two people supported by perceiving and producing forces while manipulating rigid objects ( e.g. a table, a metalic rod) raises the question of defining and measuring roles, and their exchanges, between the so called « master » and « slave ». Basically, in a case of visual or auditory coupling, for instance when two synchronize their stance while walking side by side, the available information about the movement of the other is not identical within a dyad. Moreover the regulation to sustain a stable synchronization is not direct nor instantaneous. Differently when physical interaction is taking place, for instance when two people are handling and translating a rigid object, the information available via the perception of external forces at the contact hand-object is identical for the partners and instantaneous. How then to identify whether the movement is caused by my volontary movement of by the partner? Hence the important consequence: how to regulate my movement to perform the cooperation, when the relation between predicted movement and perceived self motion is key to the brain? However this cooepration is accomplished daily and effortless. Accordingly one may ask whether physical cooperation possesses unique properties. Haptic perception is multimodal in essence, encompassing forces perception and friction, and involving cutaneous and intra- muscular receptors. The an asymmetry between roles in the dyad, required for the regulation, how to compensate for an unpredicted perturbation, how to introduce a change, can find some other origin. Several possibilities can be listed to recover asymmetry to decipher who is the pilot and who is the follower: the muscular actions at the joints of partners are not symmetric in type (e.g.: a flexion versus an extension) and in temporal evolution (anticipation vs. reaction). The aim of the project is to analyse the symmetry of the roles in the joint manipulation of physical objetcs. The task which will be used will engage upperlimb movement mainly, without involving locomotor movements. Contacts forces and grasping forces, and also surface electromyography, will be recorded. There will be also a possibility to analyse also interactions with non rigid objects, like a rope (Huys et al., 2018).