L’interaction manuelle, une interaction riche

La cinématique du corps humain comporte plus de 200 degrés de liberté (Bowman et al., 2004; Bowman & McMahan, 2007). Il apparaît clair qu’il est impossible de prendre en compte tous ces degrés de liberté dans le cadre d’une application avec les contraintes temporelles du temps réel. Une réduction du nombre de degrés de liberté n’est néanmoins pas neutre, car la construction d’un modèle simplifié entraîne forcément une perte de réalisme. Il est alors nécessaire de trouver un compromis entre « réalisme », simplicité de construction et d’utilisation, et efficacité par rapport à l’objectif visé (Lempereur, 2008). Krout a identifié plus de 5000 gestes différents de la main (Krout, 1935). Celle-ci étant, en effet, capable d’effectuer une grande multiplicité de tâches de saisie grâce à un réseau élaboré de muscles et de tendons (Lempereur, 2008). Elle se compose de deux parties : la main proprement dite (constituée de la paume et du talon) et les doigts (un doigt court : le pouce, et 4 doigts longs). Ces derniers lui permettent d’effectuer une grande variété de gestes. Les doigts comportent 15 articulations (Figure 4) lui permettant ainsi d’avoir 22 degrés de liberté ou 23 si l’on considère que le métacarpe (CMC) du pouce possède 3 degrés de liberté au lieu de 2 (Buchholz & Armstrong, 1992). Le pouce est différent des autres doigts car il ne possède pas de phalange intermédiaire. Du fait de la complexité de ses mouvements, l’accord n’a pas encore été fait sur une terminologie commune pour la définition et la mesure des degrés de liberté qu’il autorise. Le nombre de degré de liberté que possède la main ne fait donc pas l’unanimité.

Les prises

Les mouvements des doigts sont contraints et organisés en 2 types (Lin et al., 2000) : les contraintes statiques et les contraintes dynamiques. Les contraintes statiques limitent les mouvements des doigts et correspondent aux butées articulaires. Par exemple, l’angle d’abduction / adduction de l’index et l’auriculaire est toujours compris entre -15° et 15° (Lin et al., 2000). La Figure 5 représente les mouvements de supination, de pronation, d’abduction, d’adduction, d’extension et de flexion. Les contraintes dynamiques concernent la dépendance intra et extra-doigt. Par exemple, le majeur et l’annulaire sont très liés (Häger-Ross & Schieber, 2000) : un mouvement de forte amplitude de l’un de ces deux doigts entraîne un mouvement de faible amplitude de l’autre doigt. A l’opposé, le pouce et l’index peuvent être manipulés indépendamment l’un de l’autre et permettent un contrôle fin. L’articulation carpo-métacarpienne (CMC) de l’index et du médius est pratiquement immobile. Celles de l’annulaire et de l’auriculaire sont très légèrement mobiles, permettant à la main de se creuser. En revanche, l’articulation CMC du pouce est très complexe; elle permet des mouvements de flexion / extension (la flexion incline le pouce vers le creux de la paume, l’extension le place dans le plan de la paume) et d’abduction / adduction (le premier métacarpien se rapproche / écarte du deuxième) (Kamina & Francke, 1994) (cf. Tableau 2).

Les mouvements de flexion / extension (qui rapprochent ou éloignent le doigt de la paume) ainsi que les mouvements d’abduction / adduction sont permis au niveau des articulations métacarpo-phalangiennes (MCP). En revanche, pour le pouce, ces derniers sont faibles et seule la flexion est prise en considération pour l’articulation MCP1. Pour les autres doigts en revanche, l’abduction écarte le doigt de l’axe de la main, et l’adduction l’en rapproche. L’axe de la main est constitué par le troisième métacarpien et le majeur. Cet axe a un rôle particulier car, pendant les mouvements d’écartement et de rapprochement des doigts, le majeur reste pratiquement immobile. Ceci est également renforcé par le fait que lorsqu’on écarte volontairement les doigts, l’axe de chacun des cinq doigts vient converger vers la base de l’éminence thénar, en un point qui correspond approximativement au tubercule du scaphoïde (Savescu, 2006). Au niveau des articulations inter-phalangiennes (IP), seuls les mouvements de flexion / extension sont possibles. La flexion permet à la main de se fermer et d’assurer une prise. L’axe de ces rotations est transversal et légèrement oblique, par conséquent lorsqu’on ferme le poing, les doigts convergent vers le point scaphoïdien. On peut synthétiser ces observations d’anatomie fonctionnelle en modélisant chaque doigt comme étant un segment à trois articulations. Celles en contact avec la paume possèdent deux degrés de liberté, une en flexion / extension et une en abduction / adduction. Les deux articulations distales de chaque doigt sont, quant à elles, vues comme des liaisons de type rotation pure, en flexion / extension.