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La queue de l'hippocampe pourrait révolutionner la robotique

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La structure de la queue de l'hippocampe présente des particularités dont les roboticiens pourraient tirer de précieux enseignements. Pour en étudier les propriétés mécaniques, une équipe de chercheurs a eu recours à l'impression 3D. À la clé, des découvertes étonnantes qui ouvrent des perspectives pour la conception de robots ou de systèmes de défense souples et robustes.

Les majestueux hippocampes du Monterey Bay Aquarium  Comment ne pas être surpris par l’hippocampe ? Ce poisson à tête de cheval est un animal au physique onirique et surprenant. L’aquarium du Monterey Bay, en Californie, possède une grande collection que nous vous invitons à découvrir en vidéo. 

Si la plupart des animaux à queue ont des appendices de forme cylindrique, la queue de l'hippocampe est carrée. C'est en voulant comprendre cette spécificité morphologique qu'une équipe réunissant des chercheurs de l’université Clemson, de l'université d'État de l'Oregon, de l'université de Californie à San Diego (États-Unis) et de l'université de Gand (Belgique) a découvert qu'elle pourrait avoir de nombreux avantages en robotique et en ingénierie.

Ces scientifiques ont rendu compte de leurs travaux dans un article que vient de publier la revue Science. Ils ont découvert que la queue de l'hippocampe est composée de plaques osseuses carrées et mobiles reliées par des jointures qui facilitent la flexion et la torsion. Chaque plaque est composée de quatre sections mobiles en forme de « L » qui se chevauchent. Cette structure est capable de se déformer pour protéger la colonne vertébrale puis de reprendre sa forme initiale.

Ce sont les muscles connectant la colonne vertébrale et les plaques qui permettent à l'hippocampe de s'agripper aux algues et aux coraux et de se maintenir en position pour s'alimenter en aspirant la nourriture qui flotte dans l'eau. En outre, la forme carrée offre plus de points de contact pour saisir quelque chose et assure une préhension plus efficace que les queues cylindriques. Cette combinaison de flexibilité et de robustesse recèle un potentiel très prometteur...

L’image principale montre la numérisation en 3D d’une queue d’hippocampe. On distingue les plaques osseuses carrées pourvues chacune de quatre sections en « L » qui se chevauchent lorsqu’une pression externe s’exerce. Les quatre images du bas sont des prototypes de queues cylindriques et carrées fabriqués avec une imprimante 3D. Les chercheurs ont comparé les propriétés mécaniques de ces deux structures et découvert les avantages du modèle imitant l’appendice de l’hippocampe. © Oregon state university

« Nous avons découvert que cette architecture carrée apporte non seulement de la dextérité et une résistance, mais qu'elle se remet naturellement en place après avoir été déformée ou tordue, explique Ross Hatton, professeur à l'université d'Etat de l'Oregon et co-auteur de cette étude. Cela pourrait être très utile à des applications de robotique qui doivent être à la fois solides, efficaces d'un point de vue énergétique et capables de se plier et se tordre dans des espaces exigus. » Afin justement d'évaluer ce potentiel, les chercheurs ont utilisé l'impression 3D pour reproduire une queue d'hippocampe et des modèles de queues cylindriques. Les prototypes ont été soumis à des tests de résistance et de flexibilité qui ont révélé un net avantage à la structure carrée en matière de préhension et de robustesse.

Un compromis entre robots rigides et robots mous

« Le fait de comprendre la mécanique grâce à ces prototypes peut aider les ingénieurs à développer des technologies inspirées de l'hippocampe qui imiteront les fonctions de préhension et de protection de cet appendice naturel pour des applications en robotique, en systèmes de défense et en biomédecine », peut-on en lire en conclusion de l'article. Et les chercheurs ont d'ores et déjà quelques idées de ce que l'on pourrait tirer d'une telle structure.

Ils évoquent un robot d'exploration qui ramperait tel un serpent et pourrait contracter son squelette afin de se faufiler plus aisément dans les anfractuosités. Selon eux, il s'agirait d'un compromis idéal entre les robots rigides et les robots mous. La robotique industrielle est aussi concernée avec la possibilité de développer des bras hautement articulés dotés d'une meilleure préhension que des modèles cylindriques. Dans le domaine de la défense, il est question d'une armure souple dont les plaques flexibles pourraient absorber l'énergie en se déformant comme le fait la queue de l'hippocampe. Ces qualités pourraient aussi servir la médecine et en particulier les instruments utilisés pour la laparoscopie. Et la liste n'est pas exhaustive...

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Alors que la majorité des queues des vertébrés sont cylindriques, celle de l’hippocampe est carrée. Une équipe de chercheurs a percé le secret de cette particularité morphologique qui pourrait servir de modèle en robotique. © Flickr, CC by 2.0