Bientôt des abeilles-robots pour explorer Mars ? Panorama photographié par Curiosity en septembre 2015. © Nasa, JPL-Caltech, MSSS

Sciences

La Nasa voudrait des robots-abeilles pour explorer Mars

ActualitéClassé sous :exploration martienne , mars , robotique

Parmi de nombreux projets d'innovations présentés à la Nasa, celui d'abeilles-robots a retenu l'attention. Ces essaims d'insectes volants présentent de nombreux avantages pour l'exploration d'autres mondes comme Mars.

Voyage vers Mars : l'Homme y survivrait-il ?  Un vol habité vers Mars comporte évidemment des enjeux techniques, mais aussi des enjeux sociaux et psychologiques auxquels on ne pense pas forcément au premier abord. Futura-Sciences a interviewé Charles Frankel, planétologue, pour qu’il nous parle des relations entre astronautes durant un vol habité de ce type. 

Des abeilles sur Mars, il y en aura peut-être bientôt. Des abeilles-robots que leurs concepteurs surnomment tout simplement « Marsbees ». Le projet présenté à la Nasa dans le cadre des Niac (Nasa's Innovative Advanced Concepts) est encore dans la phase I de son développement.

Il y aurait un seul essaim pour commencer. Et leur ruche ne serait autre qu'un rover du type Curiosity. Les abeilles viendraient ainsi s'y ravitailler en énergie après une journée d'exploration des environs et bien sûr transmettre tout ce qu'elles ont butiné, enfin vu et découvert par monts et vallées, sur plusieurs kilomètres à la ronde. De tels escadrons d'insectes-robots présentent d'indéniables avantages pour élargir les horizons et, par exemple, rechercher des traces de vie, de même que pour réduire les risques en cas d'échecs au lancement.

Des Marsbees de la taille de bourdons

Les concepteurs ont plusieurs défis à relever pour faire voler les Marsbees dans un environnement martien où l'atmosphère est plus ténue que sur Terre. Pour cela, place au biomimétisme« l'innovation technique clé inclut l'utilisation d'ailes conformes aux insectes pour améliorer l'aérodynamique et une conception à faible puissance », explique Chang-kwon Kang, l'un des pères du programme. Avec ses collègues de l'université d'Alabama, il a appris des simulations numériques qu'ils ont menées, que les petits robots devraient avoir la taille de bourdons, pourvus d'ailes aussi grandes que celles des cigales. Ils disposent aussi de solutions innovantes pour réduire la consommation d'énergie des abeilles en vol.

Les chercheurs japonais, avec qui ils travaillent main dans la main pour le développement, se concentrent quant à eux sur la construction de prototypes de micro-robots qui battent des ailes. On leur doit déjà des colibris-robots, rares MAV (Micro-Air Vehicle) à pouvoir voler sur Terre. Un modèle sera prochainement testé dans les conditions martiennes, parallèlement aux simulations numériques des abeilles-robots. « La maniabilité, le rejet des rafales de vent, le décollage et l'atterrissage, les implications énergétiques, la télédétection et l'optimisation de la mission seront abordés dans la phase II. »

Pour en savoir plus

Des robots à six pattes prêts à explorer Mars

Article de jean-Luc Goudet publié le 14 février 2009

En étudiant attentivement comment lézards et cafards se déplacent efficacement sur un sol sableux, une équipe américaine a pu optimiser la démarche d'un étonnant robot marcheur à six pattes. Résultat : l'engin est quinze fois plus rapide que les rovers martiens de la Nasa...

Le 26 avril 2005, le rover martien Opportunity, qui roule alors depuis plus d'un an sur la Planète rouge, s'enlise dans une zone de sable très fin. Les ingénieurs du JPL devront reconstituer sur Terre le terrain qui a piégé le rover et mettre au point des manœuvres lentes et compliquées pour dégager le petit engin perdu sur Mars. Un an plus tard, en juin 2006, Opportunity s'enlisera de nouveau devant le cratère Victoria.

Cinq ans après son atterrissage, le rover a parcouru 13,62 kilomètres. Son frère jumeau, Spirit, arrivé une vingtaine de jours avant lui, totalise 7,53 kilomètres. L'exploit est remarquable puisqu'il s'agit de la plus longue exploration effectuée sur une planète (Opportunity a donc fait mieux que Lunakhod 1, le robot lancé par l'URSS en 1970 qui a parcouru 10,54 kilomètres sur la Lune).

Mais il est clair que l'on doit pouvoir faire mieux. Après l'immobile Phoenix, la Nasa tient prêt le prochain rover, Mars Science Laboratory, qui s'envolera pour Mars en 2011 (et non en 2009 comme prévu initialement). Comme Spirit et Opportunity, cet engin se déplacera en roulant.

Le Sandbot est porté par trois paires de pattes rotatives et peut progresser sur des terrains très meubles ou accidentés. © Crab Lab

Pour de futures missions sur Mars ou ailleurs, il se pourrait bien que l'explorateur soit un engin à pattes. L'hypothèse, en tout cas, est sérieusement étudiée. Au département de physique du Georgia Institute of Technology (Atlanta), Daniel Goldman dirige un laboratoire baptisé Complex Rheology And Biomechanics Lab, soit, de manière plus imagée, le Crab Lab.

Marcher sans s'enliser ? Une question de savoir-faire

Avec son équipe, il étudie comment des animaux, comme les lézards, les cafards, les tortues ou les crabes, se débrouillent pour se déplacer, parfois rapidement, sur toutes sortes de sols, encombrés d'obstacles les plus divers. Si l'homme est fier d'avoir inventé la roue, la nature ne s'en est jamais servi mais utilise les pattes avec une efficacité redoutable. Jamais un lézard ne se serait laissé ensabler comme Opportunity.

Un Sandbot en pleine action. Vitesse : 1 km/h © Crab Lab

Les robots marcheurs ont depuis longtemps montré leur efficacité. Une société américaine, Boston Dynamics, a réalisé une gamme de petits robots à six pattes, hexapodes donc, les RHex, qui présentent d'impressionnantes capacités de franchissement d'obstacles, comme le montre la vidéo que  nous présentons ici. Leur mécanisme est très simple puisque les pattes, courbes, tournent à la manière d'une aiguille de montre. Il n'y a donc pas d'articulation. L'équipe de Daniel Goldman a utilisé un cousin, Sandbot, un robot hexapode de 2,3 kg réalisé par Sandbox Innovations, une entreprise issue de l'université de Pennsylvanie.


Des robots RHex en pleine exploration ne sont pas arrêtés par des petits obstacles, des cailloux, du sable ou de la boue. Mais quand le sol est meuble, ils patinent beaucoup. Pour les aider à faire mieux, il suffit de leur apprendre à marcher comme les lézards et les cafards... © Boston Dynamics

Les chercheurs en ont modifié le programme interne pour lui inculquer la façon de marcher qu'adoptent lézards et cafards sur du sable très fin. Sur un tel substrat granulaire, les mouvements et le poids d'une patte (ou d'une roue) désorganisent l'assemblage des grains de sable, qui s'écroulent et provoquent ainsi l'enlisement. Le phénomène se produit d'autant plus que le mouvement est rapide. Pour s'en sortir, il faut progresser plus lentement. C'est ce que font les rovers martiens. Mais pas les animaux à pattes habitués du désert. Les chercheurs ont remarqué que, sur un sol très meuble, leurs pattes ralentissent quand elles touchent le sable tandis que leur mouvement dans l'air se fait plus rapide. En s'intéressant aux blattes, l'équipe a aussi pu observer un hexapode à l'œuvre et constater que la bonne stratégie consiste à bouger trois pattes à la fois. Pour progresser, le Sandbot pose trois pattes simultanément dans le sable et en ralentit alors le mouvement tandis qu'il l'accélère pour les trois autres, en train de tourner en l'air.

Grâce à ces astuces animales, le Sandbot reprogrammé fonce à 30 centimètres par seconde (environ 1 km/h) sur un sol extrêmement meuble, soit quinze fois la vitesse des rovers martiens de la Nasa. Avec un franchissement d'obstacles plus efficace, il a de quoi intéresser l'agence spatiale américaine. Ces recherches ont d'ailleurs aussi attiré l'attention de l'US Army. Verrons-nous un jour des drones à pattes guerroyer sur Terre ou explorer d'autres planètes ?