Fabriquer des muscles artificiels à partir de matériaux de tous les jours ou une peau robotique sensible comme celle d’un humain? Le professeur John Madden fait tout cela et bien plus en conjuguant science des matériaux, électronique et robotique pour créer des technologies dotées d’une sensibilité et d’une capacité de mouvement presque comparables à celles des êtres humains. Dans son travail, il cherche à améliorer la manière dont les machines interagissent avec le monde et la façon dont nous pouvons les utiliser pour bonifier la santé, accroître la mobilité et faciliter l’apprentissage.

Vous avez dirigé des travaux touchant plusieurs facettes du génie électrique et informatique durant votre carrière. Qu’est-ce qui motive cette approche interdisciplinaire?

Je suis une personne curieuse de nature. J’aime toujours explorer de nouveaux domaines et faire des liens entre diverses disciplines. Cela a commencé pendant ma maîtrise, quand mon équipe et moi cherchions à construire des microrobots. Nous avons emprunté des méthodes à l’électrochimie dans l’espoir de fabriquer des structures qui pourraient bouger aussi naturellement qu’un corps humain, mais aucune de nos créations n’a réagi tout à fait comme le ferait un muscle.

Nous avons alors essayé de créer un matériau qui ressemble à un muscle. Ce travail nous a rappelé un fait important : les muscles ne fonctionnent pas seuls; ils sont guidés par le système nerveux. Si nous voulions créer des actionneurs (l’équivalent mécanique des muscles), il nous fallait donc aussi des capteurs et des composants électroniques qui agiraient comme un système nerveux artificiel.

Il y a toutes sortes de problèmes que nous aimerions régler avec la technologie. De nos jours, les ordinateurs sont tellement puissants. Or pour exploiter cette puissance, il faut guider les machines, c’est-à-dire leur fournir beaucoup d’information, et c’est ce que nous arrivons à faire en nous servant de capteurs.

Vous travaillez sur les muscles artificiels et les matériaux intelligents. Quelles récentes avancées vous semblent les plus intéressantes?

Je suis passionné par le travail que nous réalisons avec Honda qui consiste à créer une peau artificielle pour la main de son robot Avatar. Cette main est recouverte de capteurs qui peuvent distinguer des détails très fins dans une texture, ce qui fait en sorte que la sensibilité du bout des doigts est comparable à celle de l’humain. Maintenant que nous avons mis au point cette technologie, nous aimerions la commercialiser pour qu’elle puisse être intégrée à des robots. C’est une chance que nous ayons des programmes comme les subventions De l’idée à l’innovation du CRSNG pour accélérer le développement et la commercialisation de ce type d’innovations.

Nous avons aussi trouvé une façon de fabriquer des muscles artificiels à partir de matériaux courants, comme le nylon et le polyéthylène, qui servent déjà à la fabrication de vêtements et d’emballages. Ces muscles artificiels se contractent ou prennent de l’expansion en réaction au froid et à la chaleur, ce qui leur confère une force étonnante et favorise la fluidité des mouvements. Cette technologie pourrait d’abord être intégrée à des bas de contention perfectionnés qui se contractent et se détendent automatiquement afin d’aider le sang à remonter des jambes jusqu’au cœur. Nous pensons que cela pourrait accélérer la récupération après une séance d’exercice intense. Ces bas pourraient également aider les nombreuses personnes qui souffrent d’œdème dans les jambes et qui sont à risque de faire des caillots de sang dans les veines. Ils pourraient améliorer la qualité de vie de millions de personnes.

En partenariat avec Yamaha Canada Musique, vous explorez maintenant la technologie en lien avec les instruments de musique. En quoi les capteurs invisibles peuvent-ils faciliter l’apprentissage d’un instrument et rendre la tâche gratifiante?

Enfant, j’ai subi de nombreuses heures de leçons de violon. J’avais de la difficulté à répéter, alors j’ai tout simplement arrêté de jouer. J’espère que la technologie que nous développons fera de l’apprentissage d’un instrument une expérience agréable grâce à la rétroaction immédiate, qui rendra le processus interactif.

Jian Go, violoniste et étudiant à la maîtrise qui travaille dans notre laboratoire, essayait de trouver une nouvelle application pour nos capteurs et se cherchait un projet de thèse de doctorat. Le Yamaha Guitar Group de Victoria (un chef de file de l’innovation dans le domaine des instruments de musique) nous a suggéré d’équiper un violon de capteurs intégrés qui donnent à l’instrumentiste de la rétroaction sur la position de ses doigts, le tempo, la posture et les transitions. D’une certaine façon, c’est comme si le violoniste avait un tuteur qui l’aide à apprendre. Cette technologie nous permettra de mieux comprendre la façon dont les virtuoses bougent leurs doigts pour créer différents sons, ce qui en retour nous aidera à reproduire leur performance et à comprendre ce qui les rend uniques.

Notre premier prototype comportera une interface visuelle sur laquelle l’apprenante ou apprenant pourra voir la partition à l’écran et comparer la note qu’elle ou il a jouée à celle qui aurait dû être jouée. L’interface pourra aussi montrer les erreurs de tempo. La prochaine version de l’application ressemblera à un jeu vidéo avec un système de pointage. La séance de répétition deviendra alors un jeu amusant, qui pourrait aussi avoir une dimension compétitive.

Cette technologie pourrait-elle être intégrée à d’autres appareils?

Il serait possible d’aider les personnes âgées, dont les muscles s’affaiblissent avec l’âge. Nous explorons des façons de suivre les mouvements d’un muscle auquel on ne pense pas souvent : la langue. Une perte de force de 20 % peut nuire à la déglutition (capacité d’avaler), ce qui évidemment pose problème. Nous voulons utiliser des capteurs pour aider les gens à améliorer ou à retrouver leur capacité d’avaler afin d’éviter le recours aux sondes gastriques et diminuer les risques de maladies comme la pneumonie.

Nous travaillons à la mise au point d’un appareil à mi-chemin entre le protège-dents utilisé dans certains sports et l’appareil de rétention utilisé en orthodontie. Placé contre le palais, il permet de détecter la position et les mouvements de la langue. Nous utiliserons les données recueillies pour mieux comprendre ce qui fait que la déglutition est normale ou anormale. Ultimement, nous espérons que l’appareil pourra aider les personnes à apporter les ajustements nécessaires pour corriger leur déglutition.

Nous mettrons aussi à l’essai un appareil semblable comme aide en orthophonie. Grâce à cet appareil, les personnes qui ont des troubles du langage ou qui apprennent une nouvelle langue pourront apprendre rapidement.

Quel sera votre prochain défi en recherche?

Mon prochain défi est de travailler avec les collègues de mon équipe – dont plusieurs ont une formation en entrepreneuriat – pour transposer les technologies que nous avons développées en laboratoire (comme la peau robotique, les muscles artificiels et les appareils d’aide en orthophonie) en des produits qui pourront être mis à la disposition des entreprises et de la population.

Je souhaite créer un écosystème où les innovations qui voient le jour en laboratoire deviennent des produits utiles qui profitent à la société, à l’économie et à la population étudiante. C’est toute une mission, car je suis professeur et non homme d’affaires, mais je suis motivé par la possibilité d’améliorer réellement la qualité de vie des gens.

Cette entrevue a été traduite et adaptée par souci de concision et de clarté.

John Madden, Ph. D.

John Madden est professeur de génie électrique et informatique à la University of British Columbia et est également associé à la School of biomedical engineering. Il dirige également Mend the Gap, une équipe interdisciplinaire internationale qui travaille sur la réparation de la moelle épinière.