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Des robots à moustaches de rat

Un vaste programme international rassemble des roboticiens derrière un modèle fascinant : le rat. Ses poils sensoriels, qu'il porte sur son museau, ridiculisent les capteurs installés sur les robots actuels. Les imiter conduirait à de considérables gains en autonomie et à des progrès plus profonds en robotique.

Projet d'étude pour expérimenter les senseurs tactiles. Où comment mieux comprendre les prouesses du rat. © Brochure Biotact Projet d'étude pour expérimenter les senseurs tactiles. Où comment mieux comprendre les prouesses du rat. © Brochure Biotact

Des robots à moustaches de rat - 4 Photos

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Les robots, pour gagner en autonomie, doivent améliorer leur capacité de reconnaissance de leur environnement. Alors que la perception à distance au moyen de senseurs (optiques, infrarouges, sonores…) semblait souvent privilégiée, les chercheurs se penchent vers le sens du toucher. Beaucoup ont déjà pris modèle sur les vibrisses, ces longs poils formant les moustaches de nombreux mammifères, comme les rongeurs, les félidés, les canidés...

« L’utilisation du contact direct dans la conception des systèmes d’intelligence artificielle a été en grande partie négligée jusqu’ici », affirme le professeur Ehud Ahissar, du Weizmann Institute of Science (Israël). Son équipe de recherche spécialisée en neurobiologie participe au projet international Biotact (Biomimetic technology for vibrissal active touch), formé d’un consortium de laboratoires de recherches des Etats-Unis, d’Europe et d’Israël.

Le rat commun (Rattus norvegicus) et la musaraigne (Suncus etruscus) figurent parmi les meilleurs exemples d’animaux dont le sens du contact est particulièrement développé, le rendant beaucoup plus efficace que le sens tactile par le bout des doigts des humains. Cet intérêt des roboticiens pour les rongeurs et leurs étonnantes facultés n'a rien de nouveau et ressemble même à de la fascination.

Les rongeurs utilisent leurs moustaches en balayant sans arrêt l’espace dans les deux sens à une vitesse très élevées (d’où le nom vibrisse donné à ces poils sensibles) afin de déterminer la forme et la surface des objectifs et faciliter la capture des proies. Ainsi que le précise le  professeur Ahissar, « les créatures aux mœurs nocturnes, ou qui vivrent dans un environnement faiblement éclairé utilisent préférentiellement le sens du contact direct à celui de la vision en tant que moyen primaire pour l’étude et la réception d’informations physiques sur leur environnement ».


Le mode d’implantation des vibrisses forme une grille très régulière sur le museau d’un mammifère.
Source : Institut national de recherche pédagogique (France)

Il faut d'abord comprendre les rats

L’expérimentation a déterminé que la façon dont un rat balaie l’espace au moyen de ses vibrisses est dépendante du contexte. L’acte apparemment simple d’analyser la présence d’un objet à trois dimensions exige l’envoi et la réception de trois types de signaux, chacun selon une polarisation différente. Ainsi les moustaches travaillent-elles dans un mode horizontal, vertical et radial (distance de l'objet par rapport à la base du poil). Le plan horizontal, par exemple, est encodé dans la synchronisation du mouvement de battage des poils successifs d'une même ligne. La forme dans le plan vertical est déduite des mouvements des différentes lignes de poils. Cette faculté apparaît nettement dans les structures cérébrales, les vibrisses ou moustaches étant très représentées au niveau du cortex somatosensoriel alors que les doigts des pattes ne le sont que peu.

Représentation somatotopique des vibrisses chez le rat.
Source : Institut national de recherche pédagogique (France)

Les chercheurs suggèrent que les signaux produits par ce dispositif complexe voyagent vers le cerveau par des voies hautement spécialisées, en direction d’un centre de traitement de l’information indépendant. Celui-ci contrôlerait le mouvement de l’ensemble, à la manière dont notre regard suit un objet en mouvement, et pourrait aussi provoquer une chaîne de réactions réflexes en cas de danger ou lors de la capture d’une proie.

Les membres du consortium ambitionnent à présent de transposer cette technologie naturelle dans leurs robots. Pour y parvenir, il faudra, explique le professeur David Golomb de l’université Ben Gourion (Israël), « développer des modèles des processus neuraux complexes » à l'œuvre dans le cerveau des rongeurs. On s’attend à ce que les premières réalisations soient basées sur des observations expérimentales, vraisemblablement à partir de la physiologie du rat.

De nombreuses applications à portée de vibrisse

Le professeur Ahissar estime que cette recherche permettra d’aboutir à un traitement de l’information plus efficace. Il en espère une avancée technologique importante dans le domaine de la robotique. Les robots conçus selon ce principe pourront être être utilisés pour les travaux sur l’intelligence artificielle, en incorporant certaines des caractéristiques d’un vrai cerveau.

Les applications technologiques paraissent prometteuses, offrant de nombreux avantages par rapport aux systèmes robotiques conventionnels. Elles pourraient aboutir à la réalisation de machines pouvant être utilisées, par exemple dans des missions de sauvetage, dans des interventions en milieu inhospitaliers ou dans l’exploration spatiale. Ainsi, la recherche fondamentale conduite sur des animaux pourra-t-elle contribuer au bien-être des humains dans d’autres domaines que la médecine.


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