Oubliez le joystick, utilisez votre torse pour piloter un drone
© 2018 EPFL / Alain Herzog
Les mouvements de votre torse son plus précis – et plus intuitifs – qu’un joystick pour piloter un drone, qu’il soit virtuel ou réel, selon une récente étude de l’EPFL. L’implémentation de cette technologie d’interface homme-machine pour des opérations de recherche et de sauvetage avec des drones est en cours de développement.
Imaginez piloter un drone grâce à des mouvements de votre torse en gardant la tête libre de regarder autour de vous, à la manière d’un oiseau. Les recherches de l’EPFL ont montré qu’utiliser votre torse pour piloter des robots volants est effectivement plus immersif – et plus efficace – que le joystick habituel. Ces résultats sont publiés dans l’édition d’aujourd’hui de PNAS.
« Notre objectif était de concevoir une méthode de contrôle facile à apprendre et qui, par conséquent, demanderait moins d’effort de concentration aux utilisateurs et leur permettrait de se focaliser sur des aspects plus importants tels que la recherche et le sauvetage » explique l’auteure principale Jenifer Miehlbradt de la Chaire Fondation Bertarelli en Neuro-ingénierie Translationnelle, dirigée par Silvestro Micera. « Utiliser votre torse, vous donne la sensation d’être en train de voler. Le joystick en revanche a un design très simple, mais maîtriser son utilisation pour contrôler avec précision des objets distants peut être un défi. »
Les scientifiques voulaient observer comment de potentiels pilotes utiliseraient leur corps pour piloter un robot volant, dans ce cas un drone, afin de déterminer quels étaient les mouvements les plus intuitifs et naturels – approchant ainsi le problème du pilotage sous un angle complétement nouveau.
Ils ont tout d’abord enregistré les mouvements de 17 individus grâce à 19 marqueurs réfléchissants placés sur le haut du corps, ainsi que leur activité musculaire. Chaque participant suivait les actions d’un simulateur de vol naviguant dans un environnement virtuel, dans lequel il était immergé à travers des lunettes de réalité virtuelle.
A partir de schémas de mouvement émergeant de ces données, les chercheurs ont rapidement établi une stratégie basée sur les mouvements du torse pour piloter un drone : seuls 4 marqueurs – placés sur le torse – étaient nécessaires pour piloter efficacement un simulateur de vol ou un drone réel le long d’un parcours d’obstacles.
Au total, les chercheurs ont comparé leur stratégie utilisant le torse au joystick chez 39 participants. Ils ont observé que leur stratégie surpassait le joystick en termes de précision et de fiabilité, et ceci après un court entraînement.
« L’exploration de ces données nous a permis de développer une approche très simple et intuitive, qui pourrait aussi être utilisée par d’autres populations et pour d’autres machines ou opérations » souligne Silvestro Micera, aussi professeur d’Ingénierie Biomédicale à l’université Scuola Superiore Sant’Anna en Italie. Il ajoute « Cette approche améliore de façon significative la téléopération de robots non-humanoïdes ».
Les résultats publiés dans PNAS présentent une stratégie de pilotage novatrice et complétement immersive, focalisée sur la caractérisation des mouvements du torse, en laissant la tête, les bras, les mains et les pieds libres d’exécuter d’autres tâches. Toutefois, ce prototype nécessite encore des marqueurs et un système de capture de mouvement externe.
La prochaine étape est de rendre cette stratégie utilisant le torse complétement portable pour piloter des robots volants. Les possibilités d’applications sont nombreuses, allant des simulateurs de vol aux drones et peut-être même des avions dans le futur. Un vêtement implémentant cette stratégie pour le contrôle de drones sans capteurs de mouvement externes a été développé au laboratoire de systèmes intelligents du co-auteur Dario Floreano sur la base des résultats présentés dans PNAS.
Fly Jacket est la première implémentation du concept de pilotage d’objets volants grâce aux mouvements du corps.
Les pilotes de drones peuvent désormais atteindre un niveau d'immersion sans précédent grâce à Fly Jacket, une veste développée par Carine Rognon, chercheuse au Laboratoire des systèmes intelligents de l'EPFL dirigé par Dario Floreano. La veste Fly Jacket a été présentée dans le numéro de juillet 2018 de IEEE Robotics and Automation Letters.
Carine Rognon a créé un vêtement très léger qui met en œuvre le concept de pilotage par le corps décrit dans l'article de PNAS, permettant de diriger un drone sans détecteur de mouvement externe. Il permet au pilote de contrôler intuitivement le drone grâce aux mouvements corporels, en se penchant en avant, en arrière ou en pivotant le haut du corps, sans besoin de commande manuelle.
Grâce à un capteur de mouvement embarqué développé par l'EPFL Laboratory of Embedded Systems, dirigé par David Atienza, la veste rend le contrôle du drone extrêmement réactif. En outre, la Fly Jacket est équipée d’un support pour les bras afin de prévenir la fatigue. Combiné à l'utilisation de lunettes de vision à la première personne (FPV) connectées à une caméra embarquée, ce système permet au pilote de voler naturellement, tout en gardant les bras déployés comme des ailes.
« La Fly Jacket crée non seulement une expérience de pilotage immersive et intuitive, mais libère aussi les mains pour d'autres tâches. Par exemple, nous avons montré que le pilote pouvait porter des gants connectés pour donner des commandes supplémentaires au drone, comme pour le décollage et l'atterrissage, ou pour indiquer des points d'intérêt repérés depuis le drone et qui apparaîtraient immédiatement sur une carte. Cela pourrait être très utile pour les pompiers ou les sauveteurs, afin d’identifier rapidement et précisément les endroits où l'aide est nécessaire », explique Dario Floreano.
La recherche dans PNAS a été financé par NCCR Robotique, le fonds national suisse et la fondation Bertarelli.
PNAS DOI : 10.1073/pnas.1718648115
IEEE DOI : 10.1109/LRA.2018.2810955