Environnement de réalité augmentée pour l'optimisation de la capture de mouvement. Application aux analyses biomécaniques pour l'estimation de la contraction musculaire des membres supérieurs et inférieurs dans différentes conditions

Augmented reality environment for motion capture optimisation. Application for biomechanical analyses for muscle contraction estimation of the upper and lower limbs in different conditions

• Auteur / Autrice : Jun Wang
• Direction : Franck Quaine
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : GI - Génie Industriel : conception et production
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 17/04/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble, Isère, France ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Système d'Information, conception RobustE des Produits (SIREP)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Cheutet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Dumont, Jérémy Legardeur, Pierre Portero, Guillaume Thomann, Franck Quaine
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Dumont, Pierre Portero

Mots clés

Mots clés libres

Réalité augmentée

Contraction musculaire

Mouvement des membres supérieurs et inférieurs

Analyse biomécanique

Augmented reality

Muscle contraction

Upper and lower limb movement

Biomechanical analyse

Résumé

L'intégration des illusions visuelles, des instruments interactifs et des approches physiologiques présente une voie prometteuse pour explorer la relation complexe entre la perception, le comportement moteur et les performances humaines. Bien que la fatigue ait été largement étudiée en tant que sujet de recherche principal dans le domaine de la fabrication et des sciences du sport, l'impact de la perception visuelle sur le mécanisme de coordination musculaire après la fatigue reste incertain. De plus, il existe un manque de recherche sur l'effet de la fatigue sur l'activation des muscles des membres inférieurs dans le tennis de table. Cette thèse est divisée en trois parties principales. La première partie a principalement étudié l'influence de l'illusion de poids-couleur sur la co-contraction musculaire lors d'une tâche de fatigue liée à l'haltérophilie. Pour ce faire, la couleur des haltères a été modifiée dans un environnement de réalité augmentée, suivie d'un test de fatigue lié à l'haltérophilie. L'électromyographie de surface (EMG) a été utilisée pour analyser les paramètres d'activité musculaire (fréquence, indice de co-contraction) des biceps et triceps. L'objectif était d'explorer comment la perception du poids-couleur impacte la coordination musculaire. Les résultats suggèrent que la perception de la couleur influence la perception du poids, ce qui a ensuite un impact sur la co-contraction musculaire. La perception du poids ne dépend pas uniquement des caractéristiques physiques, mais également de facteurs psychologiques tels que la couleur. Ces résultats ont des implications pratiques dans des domaines tels que l'ergonomie et la rééducation. La deuxième partie s'est concentrée sur la comparaison des performances des athlètes d'élite et des athlètes intermédiaires à différentes étapes du coup droit au tennis de table. La recherche a révélé que les athlètes d'élite présentent une performance supérieure grâce à leur capacité à optimiser la posture corporelle, à générer des vitesses de raquette plus élevées et à transférer efficacement l'énergie à la balle. Les forces de réaction au sol ont été identifiées comme jouant un rôle crucial dans la vitesse de raquette. Comprendre ces facteurs biomécaniques peut aider à l'entraînement et à l'amélioration des performances au tennis de table. La troisième partie a examiné l'effet de la fatigue sur la flexion de la cheville chez les joueurs de tennis de table. Des études ont démontré que la fatigue peut entraîner une diminution de l'activité musculaire, en particulier des fléchisseurs de la cheville, ce qui entraîne une diminution de la flexibilité de la cheville et entrave la frappe de balle. De plus, une fatigue musculaire asymétrique et des stratégies compensatoires ont été observées, soulignant l'importance de traiter les déséquilibres musculaires pour prévenir les blessures et maintenir les niveaux de performance.

The integration of visual illusions, interactive instruments, and physiological approaches presents a promising avenue for exploring the intricate relationship between perception, motor behavior, and human performance. While fatigue has been extensively studied as a primary research focus in manufacturing and sports science, the impact of visual perception on the mechanism of muscle coordination after fatigue remains inconclusive. Additionally, there is a dearth of research concerning the effect of fatigue on the activation of lower limb muscles in table tennis. This thesis is divided into three main parts. The first part primarily investigated the influence of the color-weight illusion on muscle co-contraction in a lifting fatigue task. To accomplish this, the color of dumbbells was modified within an augmented reality environment, followed by a weightlifting fatigue test. Surface electromyography (EMG) was used to analyze the muscle activity parameters (frequency, co-contraction index) of the biceps and triceps. The objective was to explore how color-weight perception impacts muscle coordination. The findings suggested that color perception affects weight perception, which subsequently influences muscle co-contraction. Weight perception is not solely reliant on physical attributes but also depends on psychological factors such as color. These insights have practical implications in fields like ergonomics and rehabilitation. The second part focused on comparing the performance of elite athletes and intermediate athletes at different stages of the forehand stroke in table tennis. The research revealed that elite athletes exhibit superior performance due to their ability to optimize body posture, generate higher racket speeds, and efficiently transfer energy to the ball. Ground reaction forces were identified as playing a crucial role in racket speed. Understanding these biomechanical factors can aid in the training and improvement of table tennis performance. The third part delved into the examination of fatigue's effect on ankle flexion in table tennis players. Studies have demonstrated that fatigue can lead to reduced muscle activity, particularly in the ankle flexors, thereby resulting in diminished ankle flexibility and hindrance in ball striking. Additionally, asymmetric muscle fatigue and compensatory strategies were observed, underscoring the importance of addressing muscle imbalances to prevent injuries and sustain performance levels.