Prehension movements biomechanical analysis and simulation : application to altered movements

Analyse biomécanique et simulation du mouvement de préhension : application aux mouvements altérés

Nasser Rezzoug (1)

1 HANDIBIO - Laboratoire de Biomodélisation et Ingénierie des Handicaps - EA 4322

Prehension and upper-limb movements are of paramount importance in the repertoire of goal directed movements. As such, they are associated to a wide range of applications in biomechanics, rehabilitation, computer assisted ergonomics, robotics or animation. Moreover, their study and simulation in different populations such as young, middle aged, and elderly people or persons that suffer from a pathology allow to gain insight into human movement control and motor redundancy. The presented researches concern both fields. More precisely the tools of biomechanics, robotics and neural networks have been used to: •Propose human movement and posture simulation tools based on motor control principles that integrate learning and intra-individual variability, •Better understand the human motricity and coordination of able bodied subjects as well as persons with a motor deficiency. The methodology is based on the use global biomechanical indices that characterize the whole upper-limb degrees of freedom implication.

La préhension et les mouvements du membre supérieur occupent une place de choix dans le répertoire des mouvements intentionnels dirigés vers un but. De ce fait, ils sont associés à un champ d’applications très important dans les domaines de la biomécanique, de la rééducation, de l’ergonomie assistée par ordinateur, de la robotique ou de l’animation. Aussi, leur étude et leur simulation chez le sujet jeune, adulte, âgé, valide ou atteint d’une déficience motrice permet d’apporter des éléments de réponse à des questions scientifiques importantes concernant le contrôle du mouvement et notamment la gestion de la redondance motrice par le système nerveux central (SNC). C’est dans ce double contexte applicatif et plus fondamental que se situent les travaux décrits dans ce mémoire. Plus précisément, notre démarche a consisté à exploiter les outils de modélisation de la biomécanique, de la robotique et des réseaux de neurones, afin de développer des outils et méthodologies pour : •la proposition d’outils de simulation du mouvement humain basés sur les principes de contrôle par le SNC intégrant notamment la notion d’apprentissage et de variabilité intra-individuelle. •Une meilleure compréhension de la motricité humaine et de la coordination motrice par le SNC chez des sujets valides ou atteints de pathologies par la quantification d’indices biomécaniques globaux caractérisant l’utilisation de l’ensemble des degrés de liberté des segments du membre supérieur. Ces indices peuvent conduire à une meilleure évaluation de la motricité de patients et ainsi contribuer à l’amélioration des protocoles de rééducation ainsi qu’à l’optimisation du mouvement ou de l’environnement dans le cadre d’applications en ergonomie.

Mots clés: neural networks; motor deficiency; learning; biomechanics; prehension; movement analysis

Mots clés: mouvement altéré; apprentissage; simulation; analyse du mouvement; biomécanique

Domaines: Biomécanique [physics.med-ph]; Mécanique des solides [physics.class-ph]; Machine Learning [stat.ML]; Apprentissage [cs.LG]

Nasser Rezzoug. Analyse biomécanique et simulation du mouvement de préhension : application aux mouvements altérés. Biomécanique [physics.med-ph]. Université de Toulon, 2014. ⟨tel-01102053v2⟩