Le robot serpent de l’université de Stanford se déplace sous l’effet d’un air comprimé injecté dans son tronc. Ici, un vrai serpent. © Vjaceslavs, Fotolia

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Ce robot serpent se déplace comme une plante grimpante

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L'université de Stanford (États-Unis) travaille sur un étonnant concept de robot souple qui consiste en un tube en film plastique enroulé sur lui-même vers l'intérieur et qui se déploie au fur et à mesure de sa progression sous l'effet d'une pression pneumatique. Un système ingénieux qui lui confère une grande liberté de mouvement.

  • Pour créer leur robot serpent, les ingénieurs de l’université de Stanford se sont inspirés des plantes grimpantes et des champignons.
  • Le robot est enroulé sur lui-même vers l’intérieur. Seule son extrémité se déplace tandis que le tronc reste immobile au fur et à mesure de la progression.

Le serpent inspire beaucoup les roboticiens, qui trouvent dans sa forme et son mode de déplacement de multiples solutions techniques pour créer des robots capables de se mouvoir dans des environnements complexes. Futura a déjà eu l'occasion d'évoquer un projet de robot serpent pouvant s'agripper aux objets quand on le lance (voir article ci-dessous) et un autre pour aller explorer les fonds sous-marins. Voici un petit nouveau dans la famille qui a quelques sérieux arguments à faire valoir.

Pour mettre au point ce robot serpent, l'équipe d'ingénieurs de l'université de Stanford (États-Unis) s'est inspirée de la nature, plus particulièrement des plantes grimpantes, des champignons ou encore des cellules nerveuses. Le procédé est assez simple mais ingénieux : le robot se présente sous la forme d'un tube fait d'un matériau souple (ici un plastique transparent) dont une extrémité bouchée est équipée d'une caméra. Au départ, le tube est enroulé sur lui-même vers l'intérieur. Il se déplie progressivement sous l'effet d'un air compressé injecté dans le corps du robot. Les chercheurs précisent que l'air pourrait être remplacé par un liquide.

L'un des principaux avantages de cette configuration est que seule la tête du robot est en mouvement. Le tronc s'allonge par l'extrémité mais il ne bouge pas, exactement comme une plante. Cette section peut donc rester bloquée à mesure que le robot se faufile à travers des anfractuosités sans entraver sa progression. « Si vous pouvez mettre un robot dans ce type d'environnement sans qu'il soit affecté par les obstacles en se déplaçant, vous n'avez pas à craindre qu'il s'endommage ou reste coincé », expliquent les concepteurs dans leur article paru dans la revue Science Robotics.

Cette vidéo nous montre le robot serpent en action sur différents parcours d’obstacles. On le voit aussi soulever une caisse de 100 kg et aller éteindre un départ de feu. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais apparaissent alors. Cliquez ensuite sur la roue dentée à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Stanford

Le robot serpent franchit tous les obstacles

L'équipe de Stanford a mis à l'épreuve son invention en testant le robot avec plusieurs scénarios. Dans la vidéo ci-dessus, on le voit emprunter un parcours d'obstacles fait de papier recouvert de glu, de planches parsemées de clous, de sections très étroites représentant seulement 10 % de son diamètre. On constate notamment que la perforation du tronc de toute part ne provoque aucune fuite d'air et n'empêche pas le robot de continuer.

L'engin est aussi capable de se faufiler sous une longue caisse de transport pesant 100 kg et de la soulever. On le voit également naviguer à travers les câbles et les tuyaux dans un plafond suspendu. Par ailleurs, les chercheurs ont testé avec succès une version munie d'un système directionnel qui permet d'orienter la tête du robot pour tourner à droite ou à gauche. Ceci donne une bonne idée de la capacité de l'engin à franchir toute sorte d'obstacles imprévus et de progresser dans des environnements complexes : décombres, tuyauterie, souterrains, etc.

Il pourrait être équipé de capteurs pour aller détecter des fuites toxiques ou bien rempli d'eau pour aller hydrater des personnes prisonnières dans des décombres, voire éteindre des incendies très localisés dans des lieux difficiles d'accès. Les chercheurs de Stanford travaillent sur des versions de différentes tailles et longueurs et explorent l'usage de matériaux plus robustes comme le Kevlar et le ripstop en nylon. Ils pensent même qu'un tel robot miniaturisé, fait d'un matériau biocompatible, pourrait servir à réaliser des examens médicaux à l'intérieur du corps.

Pour en savoir plus

Un robot serpent s’agrippe aux objets quand on le lance

Article initial de Marc Zaffagni, paru le 9/04/2013

Depuis plusieurs années, le laboratoire de biorobotique de l'université Carnegie Mellon développe des robots serpents capables de se déplacer comme des reptiles et de s'adapter à une grande variété de terrains. Avec la dernière amélioration, le robot peut s'enrouler automatiquement autour d'un poteau ou d'une branche d'arbre sur lesquels on le lance. Un atout pour des missions d'observation ou de surveillance...

Après le robot mulet, le robot quadrupède le plus rapide du monde ou encore le robot à effet Coanda, voici maintenant le robot serpent qui s'agrippe aux objets. Il a été conçu dans le laboratoire de biorobotique de l'université Carnegie Mellon aux États-Unis, qui travaille depuis plusieurs années sur des robots reproduisant le mode de déplacement des reptiles.

Leur dernière innovation est un système grâce auquel un robot serpent, que l'on jette sur une branche d'arbre ou un poteau, s'enroule automatiquement autour de cette structure tout en maintenant son étreinte pour rester en place. Le châssis de ce robot est constitué d'une série de modules articulés entre eux, tous motorisés et intégrant chacun un accéléromètre. Dès le lancement de l'engin, les accéléromètres sont activés, et ils détectent immédiatement l'arrêt brutal qui se produit lorsqu'il entre en contact avec un objet : c'est ce qui déclenche le mouvement d'enroulement, de la tête à la queue.

Dans chaque partie du squelette de ce robot serpent, des accéléromètres gèrent l’enroulement et le maintien de la prise. Muni d’une caméra logée dans sa tête, il pourrait par exemple se hisser au sommet d’un arbre, ou comme sur cette image, sur un poteau pour surveiller une zone. L’armée américaine qui finance ce projet envisage de s’en servir pour des missions de reconnaissance. © Université Carnegie Mellon, laboratoire de biorobotique

Des mouvements inédits pour des missions d’inspection

La prise est suffisamment forte pour que le robot reste en place, mais il n'exerce pas de constriction, c'est-à-dire qu'il ne presse pas l'objet qu'il enserre comme pourrait le faire un « vrai » serpent pour étouffer sa proie.

La solution est présentée comme une alternative idéale pour des missions de repérage, d'inspection de sites industriels ou nucléaires, voire de secourisme dans des endroits impraticables par les humains. « La polyvalence du robot serpent en fait un outil parfait pour atteindre des endroits et des points de vue inaccessibles aux Hommes ou à d'autres équipements. Les robots sont capables de grimper jusqu'à une certaine hauteur, de manœuvrer à travers une variété de terrains, et de se faufiler dans des espaces exigus comme les clôtures et les tuyaux. Ces capacités peuvent être utiles pour des tâches d'observation et de reconnaissance en milieu urbain ou naturel. »

Dans cette démonstration vidéo tournée par le laboratoire de biorobotique de l’université Carnegie Mellon, on découvre comment fonctionne le robot serpent. Les accéléromètres, logés dans chaque morceau de son squelette, détectent l’arrêt qui se produit lorsqu’il touche un objet sur lequel il a été lancé, et déclenchent l’enroulement. L’engin est capable de s’agripper à un poteau vertical ou une branche horizontale. En tout, les chercheurs ont reproduit ou inventé dix mouvements qui permettent à ces robots-reptiles de se faufiler et de grimper. © Université Carnegie Mellon, laboratoire de biorobotique

Des innovations financées par l’armée américaine

On pense forcément à des missions de reconnaissance ou de surveillance dans des zones hostiles ou difficiles d'accès. Le gros avantage de ces robots-reptiles est leur forme longiligne dépourvue de membres proéminents, qui leur permet de s'adapter facilement au terrain qu'ils rencontrent et de se jouer des obstacles.

L'équipe de l'université Carnegie Mellon ne s'est pas contentée de reproduire la reptation, mais a inventé des modes de déplacement inédits comme le corkscrewing (ou progression en vrille). Avec ce mouvement, le robot parvient à remonter entre deux parois verticales en se vrillant sur lui-même. Une manœuvre qui peut être pratique pour se faufiler dans un trou ou entre les mailles d'une clôture. Dans le même esprit, le tube climbingsert à remonter à l'intérieur d'une canalisation. On peut aussi citer le pipe rolling, faculté du robot serpent à s'enrouler autour d'un tuyau puis à tourner sur lui-même, pour progresser à l'horizontale, ou à la verticale (pole climbing). Un seul robot ne peut pas combiner l'ensemble de ces mouvements (dix au total) élaborés par les chercheurs américains, qui ont mis au point cinq modèles différents.

Le développement de ces robots-serpents est financé par l’US Army Research Laboratory, dont le but est d'encourager la création de « systèmes sans pilote hautement autonomes et de faire en sorte que ces systèmes puissent conduire des opérations militaires dans des environnements mixtes ». Cela signifie-t-il que ces robots pourraient évoluer afin d'être utilisés comme des armes ? Rien ne permet de l'affirmer, et les chercheurs de l'université Carnegie Mellon n'ont pas répondu aux questions de Futura-Sciences.