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Les chutes de lézards et de geckos inspirent le robot RightingBot

ActualitéClassé sous :zoologie , chat , chute

Les lézards et les geckos, tout comme les chats, retombent bien souvent sur leurs pattes après une chute. Mais comment font-ils ? Les reptiles utiliseraient leur queue pour se rétablir en leur faisant réaliser des mouvements de rotation bien précis. Une fois modélisé, ce comportement a été intégré dans un robot, le RightingBot, afin que lui aussi puisse toujours retomber de la même manière.

Le RightingBot retombe toujours sur ses pattes (en plastique), comme les lézards et les geckos. Il s'agit pourtant d'un engin relativement simple car uniquement composé d'un corps (214 g) et d'une queue artificielle rigide mais mobile (48 g). La longueur de l'appendice caudal détermine l'angle qu'il présente par rapport à la verticale passant par le point de pivot. © Tom Libby

Les chats savent s'orienter durant une chute pour atterrir sur leurs pattes. Ils sont en effet capables de plier leur corps en deux, puis de faire exécuter des mouvements de rotation à chaque moitié autour d'axes différents tout en faisant varier précisément la position des quatre membres. Le réflexe de retournement du chat, une capacité innée apparaissant 3 à 4 semaines après la naissance, dépend donc très fortement de la souplesse de la colonne vertébrale de l'animal, mais pas de la présence d'une queue.

Ces mammifères ne sont pas les seuls êtres vivants à toujours, ou presque, retomber sur leurs pattes. Les lézards et les geckos, à qui il arrive parfois de marcher au plafond, ont aussi cette capacité. Mais comment font-ils ? Leur morphologie et la répartition interne de leur masse n'ont en effet rien de semblable avec celles des chats.

Ardian Jusufi et ses collègues de l'University of California à Berkeley ont répondu à cette question dans la revue Bioinspiration and Biomimetic en 2010. Ils viennent cependant de profiter du meeting de la Society for Experimental Biology (Salzburg) qui a eu lieu du 29 juin au 2 juillet 2012 pour préciser leurs résultats. Un seul et unique appendice suffirait pour rétablir l'assiette de vol de ces animaux durant une chute : la queue. La construction du robot RightingBot confirme même cette donnée.


Les 46 premières secondes du film montrent le mécanisme de retournement des geckos Hemidactylus platyurus durant une chute. Le cas du lézard anole vert Anolis carolinensis est ensuite exposé. Enfin, la troisième séquence, entre 1 min 16 s et 1 min 23 s, présente la chute et le retournement du robot RightingBot. © Institute of Physics (IOP)

Le robot RightingBot valide le modèle mathématique

Des geckos Hemidactylus platyurus et des anoles verts Anolis carolinensis ont volontairement été mis dans des situations instables afin de provoquer des chutes. Des caméras rapides ont alors enregistré tous les mouvements exécutés par les reptiles jusqu'à ce qu'ils touchent le sol. Le visionnage des séquences a permis aux chercheurs de décrire avec précision les mécanismes en jeu. La conclusion est sans appel : tout dépend de la queue, cet appendice proportionnellement plus lourd et plus rigide que chez les mammifères. Durant une chute, le fait de balancer l'appendice caudal d'un côté provoquerait une rotation de l'animal dans le sens opposé. Une fois la correction d'assiette effectuée, les lézards déploieraient alors leurs pattes en vue de préparer l'atterrissage et surtout de se stabiliser. Toutes ces opérations durent environ 45 ms. 

Les geckos et les anoles ont des longueurs totales de corps assez similaires. Pourtant, ils ne se ressemblent pas sur de nombreux points morphologiques. Hemidactylus platyurus possède par exemple une queue relativement courte et donc un corps proportionnellement plus long. Ce fait n'est pas sans conséquence. S'il veut se retourner efficacement, le gecko doit relever sa queue vers l'avant de manière plus prononcée par rapport à un anole dont l'appendice caudal est deux fois plus long. L'angle compris entre la queue du gecko et le plan vertical passant par son bassin doit valoir entre 0° à 30° pour assurer un retournement optimal. Effectuer une rotation de la queue avec un angle de 45° par rapport au plan vertical ne provoquerait qu'un demi-retournement.

Un modèle mathématique tridimensionnel a été développé à partir de ces observations afin de comprendre et quantifier les mécanismes physiques en jeu (calcul des moments d'inertie, etc.). Il pourrait également se révéler utile pour des fabricants de robots évoluant au sein d'environnements complexes et risquant donc de chuter à la suite de collisions. En dotant leurs engins d'un appendice et du programme informatique adaptés, ceux-ci pourraient toujours tomber d'une manière identique et prévisible. Un robot nommé RightingBot a d'ailleurs été développé par Ardian Jusufi pour démontrer l'efficacité de son modèle. À ce jour, il serait toujours retombé sur ses pattes...

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