Entraînement des astronautes : David St-Onge obtient un important financement de l’Agence spatiale canadienne

Comment suivre la charge cognitive, le stress et la fatigue des astronautes pendant leur entraînement et lors de missions d’exploration spatiale? C’est le défi que tenteront de relever le professeur David St-Onge et son équipe grâce à une subvention de 290 205 $ de l’Agence spatiale canadienne.

Un projet interdisciplinaire pour l’exploration spatiale

Intitulé Evidence-based training and remote cognition monitoring on space exploration missions, le projet vise à développer une plateforme intégrée permettant de suivre en temps réel l’état cognitif et physiologique de personnes réalisant des tâches complexes. La solution sera destinée en priorité à l’entraînement des astronautes, à la supervision de missions analogues et, plus largement, aux contextes où la performance humaine doit être maintenue dans des environnements extrêmes.

Le projet réunit les expertises de l’École de technologie supérieure (ÉTS) en ingénierie, robotique et intelligence artificielle multimodale, celles de l’Université Concordia en neurosciences cognitives, ainsi que celles de KEPLR Intelligence dans le développement d’interfaces d’entraînement fondées sur le suivi de la charge de travail. L’équipe comprend notamment Akhil Pilakkatt Meethal, associé de recherche à l’ÉTS et ingénieur IA chez KEPLR Intelligence, Ahmad Pour Adabi, candidat au doctorat à l’ÉTS, et la professeure Emily Coffey, du Département de psychologie de l’Université Concordia.

Comprendre l’état cognitif en conditions réelles

La plateforme reposera sur différents capteurs portables synchronisés mesurant notamment le rythme cardiaque, les mouvements oculaires, les mouvements du corps et les ondes cérébrales. Les données recueillies serviront à classifier en continu plusieurs états susceptibles d’influencer la réalisation d’une tâche complexe, comme la charge cognitive, le stress, la fatigue et la conscience situationnelle.

L’un des principaux défis scientifiques consiste à rendre ces mesures fiables hors des environnements contrôlés. Les signaux physiologiques et oculométriques sont sensibles aux différences individuelles, aux mouvements du corps, à l’effort physique et aux variations d’éclairage. Or, ces perturbations sont précisément celles que l’on retrouve dans les missions analogues, les opérations de télérobotique ou les environnements d’exploration.

Le projet cherchera donc à développer des modèles d’intelligence artificielle capables de distinguer les variations réellement liées à l’état cognitif de celles causées par les conditions de terrain. Il faudra aussi synchroniser des sources de données hétérogènes, assurer une inférence en temps réel, gérer les pertes ou dégradations de signaux et produire des indicateurs suffisamment interprétables pour soutenir la prise de décision.

Deux tableaux de bord complémentaires

Les indicateurs produits par la plateforme alimenteront deux tableaux de bord :  

• Le premier fournira une rétroaction immédiate aux astronautes ou aux opérateurs et opératrices en entraînement, afin de soutenir un apprentissage fondé sur les données.
• Le second permettra aux équipes qui les supervisent à distance, comme celles du contrôle au sol, de suivre l’évolution de leur état, d’ajuster les tâches et de mieux gérer les risques.

Cette dimension d’interprétation est centrale au projet. Il ne s’agit pas seulement de classifier des signaux, mais de transformer des données physiologiques complexes en informations utiles, compréhensibles et exploitables par des personnes en entraînement, des instructeurs, des instructrices et des équipes de mission.

Une validation progressive

La solution s’appuiera sur des modèles robustes développés à l’ÉTS à partir de bases de données existantes, puis sera améliorée et validée au cours de trois campagnes expérimentales. 

• La première, à l’ÉTS, portera sur la supervision simulée d’une flotte de robots.
• La seconde aura lieu sur le site analogue de l’Agence spatiale canadienne à Saint-Hubert, dans des conditions extérieures représentatives de certaines contraintes de téléopération spatiale.
• Une troisième campagne, menée avec Spéléo Québec, permettra d’évaluer la faisabilité de la plateforme dans un environnement souterrain austère.

Ces expérimentations serviront surtout à tester la robustesse de l’approche : maintien de la qualité des données, confort des capteurs, fiabilité des modèles en temps réel, utilité des tableaux de bord et capacité du système à fonctionner lorsque les conditions deviennent moins prévisibles.

Des outils pour la performance humaine en mission

L’originalité du projet réside dans le passage d’un suivi physiologique principalement utilisé à des fins médicales ou dans des cockpits contrôlés vers une solution pouvant être déployée sur le terrain. La plateforme devra fournir des résultats robustes et interprétables malgré les mouvements, l’effort physique, les variations d’éclairage et les fluctuations propres à chaque individu.

À terme, ces travaux pourraient contribuer à la santé comportementale, à la performance humaine et à l’autonomie opérationnelle pendant les missions spatiales. Ils permettront également de former du personnel hautement qualifié dans des domaines stratégiques comme l’IA multimodale, les facteurs humains, la robotique, la conception d’interfaces et la validation de technologies en environnements extrêmes.