Le toucher humain est généralement perçu comme un sens proximal, limité à ce que nous touchons physiquement. Cependant, des découvertes récentes concernant les systèmes sensoriels animaux remettent en question cette conception. Certains oiseaux de rivage, comme les bécasseaux et les pluviers, utilisent une forme de « toucher à distance » pour détecter leurs proies enfouies sous le sable. Ce toucher à distance permet la détection d’objets enfouis sous des matériaux granulaires grâce à de subtils signaux mécaniques transmis par le milieu, lorsqu’une pression est exercée à proximité.

L’ étude présentée à la Conférence internationale IEEE sur le développement et l’apprentissage ( ICDL: International Conference on Development and Learning) a examiné si les humains possèdent une capacité similaire. Les participants devaient déplacer délicatement leurs doigts dans le sable pour localiser un cube caché avant de le toucher. De façon remarquable, les résultats ont révélé une capacité comparable à celle observée chez les oiseaux de rivage, malgré l’absence chez l’humain des structures spécialisées du bec qui permettent ce sens chez ces derniers.

Les résultats montrent que les mains humaines ont une sensibilité plus grande que prévu.

En modélisant les aspects physiques du phénomène, l’étude a révélé que les mains humaines sont remarquablement sensibles, capables de détecter la présence d’objets enfouis en percevant d’infimes déplacements dans le sable environnant. Cette sensibilité approche le seuil physique théorique de ce qui peut être détecté par des « réflexions » mécaniques dans un matériau granulaire, lorsqu’un mouvement du sable se « réfléchit » sur une surface stable (l’objet caché).

Les humains ou les robots sont-ils plus performants en matière de commandes tactiles à distance ?

En comparant les performances d’un humain à celles d’un capteur tactile robotisé entraîné à l’aide d’un algorithme LSTM (Long Short-Term Memory), les humains ont atteint une précision impressionnante de 70,7 % dans la plage de détection attendue. Curieusement, le robot pouvait détecter des objets à des distances légèrement supérieures en moyenne, mais produisait souvent de faux positifs, ce qui lui permettait d’atteindre une précision globale de seulement 40 %.

Ces résultats confirment que l’être humain peut percevoir un objet avant tout contact physique, une capacité surprenante pour un sens généralement associé aux objets entrant en contact direct avec nous. Les performances des humains et des robots ont atteint des niveaux de sensibilité très proches de la valeur maximale prédite par les modèles physiques et la mesure du déplacement.

Pourquoi cette étude est-elle importante ?

Cette recherche révèle que les humains peuvent détecter des objets enfouis dans le sable avant même de les toucher, élargissant ainsi notre compréhension des limites du sens tactile. Elle apporte des preuves quantitatives d’une capacité tactile jusqu’alors inconnue chez l’humain. Ces résultats offrent également des points de repère précieux pour l’amélioration des technologies d’assistance et de la détection tactile robotique. En s’inspirant de la perception humaine, les ingénieurs peuvent concevoir des systèmes robotiques intégrant une sensibilité tactile quasi naturelle pour des applications concrètes telles que le sondage, l’excavation ou la recherche dans des environnements où la vision est limitée.

Quelles sont les implications plus larges ?

Elisabetta Versace, maître de conférences en psychologie et responsable du Prepared Minds Lab à l’université Queen Mary de Londres, qui a conçu les expériences sur l’homme, a déclaré : « C’est la première fois que le toucher à distance est étudié chez l’homme et cela change notre conception du monde perceptif (ce que l’on appelle le « champ réceptif ») chez les êtres vivants, y compris les humains. »

Zhengqi Chen, doctorant au Laboratoire de robotique avancée de l’Université Queen Mary de Londres, a déclaré : « Cette découverte ouvre des perspectives pour la conception d’outils et de technologies d’assistance qui étendent la perception tactile humaine. Ces connaissances pourraient éclairer le développement de robots avancés capables d’opérations délicates. »

« Par exemple, localiser des artefacts archéologiques sans les endommager, ou explorer des terrains sableux ou granuleux comme le sol martien ou les fonds océaniques. Plus largement, cette recherche ouvre la voie à des systèmes tactiles qui rendent l’exploration de milieux cachés ou dangereux plus sûre, plus intelligente et plus efficace. »

Lorenzo Jamone, professeur associé de robotique et d’intelligence artificielle à l’University College London, a déclaré : « Ce qui rend cette recherche particulièrement passionnante, c’est la manière dont les études sur l’humain et la robotique se sont mutuellement enrichies. Les expériences menées sur l’humain ont orienté l’apprentissage du robot, et les performances de ce dernier ont offert de nouvelles perspectives pour l’interprétation des données humaines. C’est un excellent exemple de la façon dont la psychologie, la robotique et l’intelligence artificielle peuvent converger, démontrant ainsi que la collaboration multidisciplinaire peut engendrer à la fois des découvertes fondamentales et des innovations technologiques. »

Les chercheurs ont mené deux études : la première, une étude humaine évaluant la sensibilité du bout des doigts aux indices tactiles provenant d’objets enfouis ; la seconde, une expérience robotique utilisant un bras robotique équipé de dispositifs tactiles et un modèle de mémoire à long terme pour détecter la présence d’objets.