16 Novembre 2010

GRIP : Manipulation d’objets

L’expérience « GRIP » s’intéresse au contrôle et à l’apprentissage moteur de plusieurs tâches de manipulation d’objets lorsque le sujet humain est confronté à la micropesanteur.

Durant chacune de ces tâches, la trajectoire de l’objet ainsi que les forces et les couples exercés par le sujet sur l’objet seront enregistrés. Trois types de tâches prédéterminées et calibrées sont réalisés par l’astronaute :

  • Oscillation verticale de l’objet à différentes fréquences
  • Déplacement de l’objet jusqu’à une cible
  • Collision de l’objet avec des surfaces de la structure

Ces mouvements sont réalisés en position assise et en position allongée. L’objet a toujours la même forme et taille, mais sa masse peut varier.


Cette expérience est réalisée dans le cadre de la participation de l’Agence Spatiale Européenne à la Station Spatiale Internationale. Les principaux investigateurs scientifiques sont :


Investigateur principal : Jean-Louis Thonnard, Pôle Système et Cognition, Institut de Neuroscience, Université catholique de Louvain, Bruxelles, Belgique
Co-investigateur principal : Joseph McIntyre, Institut des Neurosciences et de la Cognition, Université Paris Descartes, Paris, France et Ikerbasque / Tecnalia Health, Donostia San Sebastian, Espagne
Co-investigateur : Philippe Lefèvre, Pôle en Ingénierie Mathématique, Institut ICTEAM Université catholique de Louvain, Bruxelles, Belgique

Interface

A bord de la station spatiale internationale (ISS), les activités de l’expérience GRIP se déroulent dans le module scientifique européen Columbus. La FCT (Flight Control Team) basée à Munich supervise les activités européennes en liaison directe avec le CADMOS qui est le centre d’opérations responsable de l’expérience pour le compte de l’Agence Spatiale Européenne (ESA).

 

Concept Opérationnel

Afin d’évaluer l’adaptation du système nerveux à un environnement en micropesanteur, 10 sessions de mesures sont effectuées :

  • Pré-vol : trois sessions de mesures « contrôles »
  • Pendant le vol : une session durant les 2 premières semaines de vol, une après 3 mois et la dernière après 5 mois
  • Post-vol : une session entre 1 et 5 jours suivant l’atterrissage puis une après 12 jours et deux autres mesures après 30 jours.

Matériel utilisé


L’expérience GRIP utilise l’instrument du même nom qui est composé :

  • D’une unité centrale utilisée en tant que chaise où le sujet est assis pendant l’exécution du protocole scientifique (Figure 1)
  • D’un écran tactile où l’astronaute peut suivre les instructions données par l’équipe scientifique lors de l’exécution d’une tâche. (Figure 1)
  • D’un objet « manipulandum » qui mesure en trois dimensions la force et le couple appliqués par l’index et le pouce du sujet sur l’objet. Cet objet est aussi équipé d’accéléromètres, et de capteurs d’humidité. De plus, des marqueurs sont disposés tout autour de l’objet, permettant au système de capture de mouvements 3D de suivre son déplacement. (Figure 2)
  • D’un système de capture de mouvement 3D qui mesure en temps réel le déplacement de l’objet « manipulandum », ainsi que le mouvement du poignet et du coude du sujet par rapport à la structure rigide de référence. (Figure 3)
  • La structure rigide de référence définie la zone de mouvement où le sujet exécute les mouvements demandés lors de l’exécution d’un protocole scientifique. Cette structure est aussi équipée de marqueurs. (Figure 1)

De plus, un instrument de la NASA, le CMRS (Crew Medical Restraint System) est utilisé pour maintenir l’astronaute en position allongée.

L’instrument GRIP est relié au rack à la baie EPM qui lui fournit son alimentation électrique, et une connexion LAN pour le transfert des données. (Figure 3)

 

Statut de l’expérience et des données

L’expérience débutera avec les premières mesures au sol en septembre 2014; la première session en vol est prévue en Novembre 2014. Au total, l’expérience comportera entre six et dix sujets qui devraient se répartir sur les quatre prochaines années. Les données de l’expérience seront archivées au CADMOS.

Publications :

  • FORWARD MODELS OF INERTIAL LOADS IN WEIGHTLESSNESS

In: Neuroscience VOL. 161, P. 589–598, (2009)
F. Crevecoeur,1,2 J-L Thonnard,2 P. Lefèvre,1,2
1,Center for Systems Engineering and Applied Mechanics, Université catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve;
2 Institute of Neuroscience, Université catholique de Louvain, Brussels, Belgium;
Lien (accès payant) : www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306452209003698

  • THE EFFECTS OF A CHANGE IN GRAVITY ON THE DYNAMICS OF PREHENSION

In: Experimental Brain Research, Vol. 148, p. 533–540, (2003)
A-S. Augurelle • M. Penta •O. White • J-L. Thonnard
Institute of Neuroscience, Université catholique de Louvain, Brussels, Belgium;
Lien (accès gratuit) : adsabs.harvard.edu/full/2002ESASP.501..375A

  • MOVEMENT STABILITY UNDER UNCERTAIN INTERNAL MODELS OF DYNAMICS

In: Journal of Neurophysiology, Vol. 104, no. 3, p. 1301-13 (2010).
F. Crevecoeur,1,2 J. McIntyre,3 J.-L. Thonnard,2 and P. Lefèvre1,2
1 Center for Systems Engineering and Applied Mechanics, Université catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve;
2 Institute of Neuroscience, Université catholique de Louvain, Brussels, Belgium;
3 Centre d’Etudes de la Sensorimotricité, Centre National de la Recherche Scientifique–Université Paris Descartes, Paris, France
Lien (accès gratuit) : jn.physiology.org/content/104/3/1301

  • DOES THE BRAIN MODEL NEWTON’S LAWS?

In Nature Neuroscience 4: 693 – 694. (2001)
J. McIntyre1, M. Zago2, A. Berthoz1 and F. Lacquaniti2,3
1Laboratoire de Physiologie de la Perception et de l’Action, CNRS – Collège de France, Paris, France
2 Sezione di Fisiologia Umana, IRCCS Fondazione Santa Lucia, via Ardeatina 306, Rome, Italy
3 Centro di Bio-Medicina Spaziale, Università di Roma Tor Vergata, via O. Raimondo 1, Rome, Italy

Lien (accès payant) : www.nature.com/neuro/journal/v4/n7/abs/nn0701_693.html

Voir aussi

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