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FDLS2004 : Laissez vos enfants regarder les mouches voler ...

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S'intéresser au vol des insectes ou aux galopades des geckos sur les murs peut aider à explorer la planète Mars : la science est belle, passionnante et sans limite parce qu'elle est surprenante ...

Ce robot ne pèse qu'un dixième de gramme. Son ambition : imiter la mouche.

Comment les geckos, ces drôles de petits lézards jaunâtres, peuvent-ils courir sur les murs et même les plafonds ? "Parce qu'ils possèdent sous les pattes des lamelles produisant un effet de ventouse" enseignait-on il y a encore peu d'années dans les écoles et jusqu'aux universités. Des scientifiques ne se sont pas contentés de cette réponse. A bien y regarder, d'ailleurs, l'explication ne tient pas : si la patte du gecko adhérait comme une ventouse, il aurait du mal à la décoller à chaque pas. Oui mais alors ? Alors pour chercher, un chercheur doit d'abord trouver des sous et il n'est pas si facile de dénicher des subventions lorsqu'on travaille sur le comportement du gecko... Cela ne fait pas vraiment sérieux. D'où le faible nombre de laboratoires penchés sur ce sujet et la lenteur des progrès dans ce domaine.

Parmi ces chercheurs originaux figurent l'équipe américaine du Department of Integrative Biology, de l'Université de Berkeley (Californie). En 2002, ces scientifiques ont résolu l'énigme : les pattes des geckos ne portent aucune ventouse mais sont recouvertes de minuscules poils, portant eux-mêmes des poils encore plus petits. Le secret de cette "adhérence sèche" - c'est le nom donné à ce collage miraculeux - réside dans les forces de Van der Waals, cette microscopique attirance électrique entre des molécules dont les électrons sont répartis de manière dissymétrique. Les poils collent à la manière d'un ruban adhésif : ils adhèrent fortement lorsque le gecko exerce une force parallèle au mur mais n'offrent plus guère de résistance lorsqu'il soulève sa patte perpendiculairement à la surface.

L'histoire aurait pu en rester là mais cette trouvaille a donné des idées au laboratoire de nanorobotique de Carnegie Mellon (université de Pittsburgh, Pennsylvanie), où l'on a pu fabriquer une surface recouverte de poils synthétiques aux propriétés voisines de ceux du gecko. Résultat : ça marche ! et ça marche même sur les murs... Les applications potentielles viennent à l'esprit tout de suite : des robots grimpeurs pourraient inspecter des bâtiments ou des zones radioactives, porter des secours (ou des bombes, bien sûr) ou bien encore escalader des montagnes martiennes.

Comment ne pas couler quand on ne flotte pas ?

Au Département de mathématiques et de génie mécanique du MIT (Massachusetts Institut of Technology), l'équipe de John W. M. Bush s'est intéressée à la manière dont les insectes marchent sur l'eau. On sait depuis longtemps que les notonectes et autres gerris (appelés aussi araignées d'eau) courent sur la surface des étangs alors qu'ils ne sont pas plus légers que l'eau, semblant défier Archimède. La réponse est connue : au contact de l'eau, les multiples poils des pattes bénéficient d'une tension de surface, cette force qui retient les gouttes pendues au goulot.
Soit, mais comment font-ils pour se déplacer si vite ? Les gerris chronométrés par l'équipe de Bush atteignent en effet un mètre par seconde, une vitesse stupéfiante pour un si petit animal, qui correspondrait à 700 km/h si on la rapportait à l'échelle humaine. De savantes études ont éclairé le mystère en 2003. Les gerris créent des mini-tourbillons incurvés, ou vortex, en propulsant l'eau vers le bas, laquelle remonte en arrière de l'animal et le pousse vers l'avant.

Cette technique du vortex est aussi utilisée par des poissons et des oiseaux. Bien, et alors ? Alors, au même laboratoire de nanorobotique de Carnegie Mellon, Metin Sitti a eu l'idée d'en tirer profit pour construire Robostrider, un micro robot de 13 mm de long, en fibres de carbone, doté de huit longues pattes en acier inoxydable de 5 cm mises en mouvement par des cristaux piézoélectriques. Coût du robot : 10 dollars. Il est permis d'imaginer quantités d'applications, depuis la surveillance des cours d'eau jusqu'à (comme d'habitude) l'espionnage militaire.

Comment atterrir les pattes en l'air ?

D'autres animaux défient simultanément la science et la technologie. Par exemple les mouches. Grâce au génial photographe britannique Stephen Dalton, on sait comment elles atterrissent, à l'envers, sur un plafond. Non, elle ne passe pas en vol dos. L'insecte rase la surface, à quelques millimètres, et lève vers le haut une ou deux de ses pattes antérieures. Tandis que ses crochets et ses poils agrippent le plafond, la mouche cesse de battre des ailes, décrit brutalement un demi arc de cercle et y accroche ses autres pattes. Oui et alors ? Alors, si ces animaux parviennent à si bien maîtriser le vol, peut-être pourrait-on les imiter...

Entre 1996 et 2000, aux Etats-Unis, la Darpa (Defense Advanced Research Projects Agency, sous contrôle militaire) a initié des travaux sur les véhicules aériens miniatures. Une sorte de mouche mécanique a ainsi pris son envol à l'Université de Berkeley (Californie). Ce minuscule engin, pesant autant qu'un trombone (l'agrafe à papier, pas l'instrument de musique...), ne décrivait que des cercles autour d'un petit manège, avec un fil à la patte pour lui fournir de l'énergie et lui envoyer des commandes.

Malgré sa modestie, il a démontré la faisabilité de machines volantes ultra légères, et, au passage, l'intérêt du vol à ailes battantes. Les recherches se poursuivent toujours. Michael Dickinson, biologiste et non roboticien, travaille actuellement sur un prototype de... un dixième de gramme. Et la Nasa de rêver à des nuées de mouches mécaniques larguées dans les atmosphères d'autres planètes...

Qu'ils apprennent tout seul !

Mais il ne suffit pas d'avoir des ailes pour savoir voler. Pour piloter ces robots grimpeurs, marcheurs ou volants, les informaticiens devront inventer de sacrés logiciels ! En fait, ce n'est pas si sûr... Certains spécialistes de la robotique trouvent chez les animaux une autre source d'inspiration et s'émerveillent de leur capacité à digérer d'énormes quantités d'informations leur parvenant simultanément de tous leurs organes sensoriels.
Ces scientifiques s'étonnent de l'autonomie des animaux et de leur faculté d'adaptation. Aucun robot, aucun ordinateur ne parvient au même résultat. Qu'on le programme judicieusement pour gérer des priorités et le malheureux se fera toujours piéger par une situation non prévue à l'origine.

Pour comprendre cette question, il suffit de regarder un chiot découvrant la neige pour la première fois : il est surpris, son programme interne semble ne rien comporter pour s'adapter à cette étrange déformation du paysage mais... il se débrouille. Un robot marcheur, lui, nous offrirait le spectacle d'un bug magistral.

Ces chercheurs originaux explorent une autre approche de la robotique, celle des animats, c'est-à-dire des animaux artificiels. Avec un peu d'astuce, ils sont parvenus à mettre au point des logiciels très particuliers, appelés réseau neuronaux, capables d'apprendre par eux-mêmes. En 2002, Krister Wolff et Peter Nordin, de la Chalmers University of Technology (Genthenburg, Suède), ont construit un robot ailé qui a découvert seul les rudiments du vol battu. A l'AnimatLab (Lip6, le laboratoire informatique de l'université Paris-VI), l'équipe de Jean-Arcady Meyer et Agnès Guillot a créé des robots virtuels qui ont appris par eux-mêmes à marcher avec six pattes, à piloter un hélicoptère en vol stationnaire, à trouver de la nourriture ou à tenir une baguette en équilibre sur un doigt.

Le but de ces chercheurs est d'aider le moins possible leurs créatures et à les rendre aussi autonomes et aussi adaptatives que des animaux. Du pilotages de drones (autre nom des robots volants) à l'animation de personnages dans des jeux vidéos ou des simulations virtuelles, les applications ne manquent évidemment pas... (Pour en savoir plus, participez au forum sur ce sujet animé durant la Fête de la science par Agnès Guillot sur Futura-Sciences.)

La science est belle

Prédire l'avenir de ces voies de recherche et déterminer leur utilité dépasse largement mes capacités intellectuelles. En revanche, il me reste l'émerveillement devant cette propriété de l'activité scientifique : elle apporte aux questions que l'on se pose des réponses que l'on n'attendait pas forcément et nous entraîne vers d'autres interrogations. A ce jeu, derrière les questions les plus banales se cachent parfois les secrets les plus grands ou les possibilités les moins soupçonnées.
Les chercheurs originaux, qui sortent des sentiers battus, sont par conséquent les plus précieux d'entre tous, qu'ils travaillent sur des robots, sur les grands fonds océaniques (découverte des oasis du fond des mers, 1977), sur la meilleure manière de remplir un volume donné avec des oranges (conjecture de Kepler, Johannes Kepler, 1611), sur la raison pour laquelle des bébés tentent de rentrer à l'intérieur d'une voiture miniature (La Recherche, septembre 2004, n°378, p. 22) ou sur le lancer de graines par le Géranium sauvage (La Hulotte n° 56).
Si, donc, votre enfant manifeste un intérêt inexpliqué pour le vol des mouches ou toute autre futilité de ce genre, admirez en lui le scientifique qui sommeille...

Et faites de la science !

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