Dynamique prédictive et modélisation articulaire pour le développement d'un moteur de positionnement intelligent pour un mannequin virtuel: application en ergonomie virtuelle et en réadaptation

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Mon programme de recherche se situe dans le développement de modèles de simulation et de prédiction du mouvement humain plausible et répétable basé sur un mannequin virtuel, ainsi que le développement de simulateur haptique pour l'analyse en laboratoire de mouvement pathologique humain. Les modèles de simulation de la dynamique du corps humain sont utilisés dans trois domaines spécifiques: l'animation, l'ergonomie virtuelle et le domaine de la biomécanique adapté aux troubles musculosquelettiques. Les logiciels et outils développées dans les deux premiers domaines n'intègrent généralement ni la représentation musculaire nécessaire au pilotage du système inter-segmentaire, ni les dissipations des efforts articulaires par les structures déformables tél le cartilage synovial du genou, ni encore les conditions réalistes de contacts avec l'environnement. Ces trois aspects manquants contribuent souvent à produire des simulations non plausibles et non répétables. à l'opposé les logiciels de simulation musculosquelettique nécessitent la mesure de la cinématique précise du corps ainsi que des forces de contacts avec l'environnement. Ces modèles sont souvent symétriques et n'intègrent aucunement l'aspect pathologique ni le sens sensorimoteur de la vision et celui de la stabilité pour le contrôle. Les aspects de plausibilité et répétabilité sont encore très mal définis ou inexistants dans les logiciels commerciaux de simulation des mannequins virtuels. En effet, les algorithmes de prédiction posturale se limitent généralement à positionner le mannequin via ses différents degrés de liberté (DDL) à des endroits spécifiques dans l'environnement et ce, le plus souvent manuellement. Ce positionnement purement «géométrique» constitue un travail laborieux et peu intuitif pour la plupart des utilisateurs. Ces logiciels négligent plusieurs aspects importants du comportement biomécanique humain qui assurent normalement la plausibilité de la posture. Parmi ces aspects, notons le comportement « visuomoteur » humain pour la saisie et la préhension des objets (ex. contrôle de l'équilibre postural, et vitesse du mouvement), les contraintes physiologiques des DDL du mannequin (ex. rythme de l'épaule, absorption des efforts), la relation entre la préhension et les objets à saisir et la tâche à effectuer, ainsi que la modélisation des forces de contact multiples par rapport à l'environnement. Notre défi majeur ici est de développer un modèle de mannequin virtuel dynamique permettant de prédire une dynamique de mouvements plausibles et répétables. Ceci nous permettra de développer des simulateurs haptique dans mon laboratoire (simulateur d'un tapis haptique pour la marche et un simulateur de propulsion en fauteuil roulant) pour leurs utilisations dans les champs d'ergonomie virtuelle et de réadaptation personnalisée avec nos partenaires clinique et industrielles.