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Le robot-cafard se joue des obstacles grâce à sa carapace

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Une fois encore, la nature prouve qu'elle peut offrir aux roboticiens des solutions simples et efficaces. Une équipe du laboratoire de biomimétique de l'université de Berkeley (États-Unis) s'est inspirée de la carapace ovale des cafards pour améliorer les capacités de son robot-insecte. Grâce à une coque imitant le modèle vivant, l'engin à six pattes se faufile aisément entre les obstacles.

Une équipe de chercheurs de l’université Berkeley a trouvé le moyen d’optimiser les déplacements de son robot-cafard dans des environnements encombrés en l’équipant d’une carapace imitant celle des cafards discoïdes. Résultat, le robot parvient à se faufiler entre les obstacles en utilisant seulement sa forme. © Chen Li/PolyPEDAL Lab, Biomimetic Millisystems Lab, CiBER, UC Berkeley

Après avoir récemment battu un record de vitesse, le robot-cafard du Biomimetic Millisystems Labde l'université de Berkeley (États-Unis) vient d'accomplir une nouvelle prouesse. Il est capable d'évoluer sur des terrains encombrés ou dans une végétation dense en se faufilant, comme le fait le véritable cafard. Ici, pas de capteurs ni d'algorithmes élaborés pour détecter et éviter les obstacles, mais une simple carapace inspirée de la nature. De forme oblongue, elle permet au robot-insecte de se jouer des obstacles en basculant sur le côté afin d'adopter un profil plus étroit pour passer à travers certains espaces tels que des branchages ou de hautes herbes.

« La majorité des études robotiques se sont attelées à résoudre le problème des obstacles en cherchant à les éviter, se reposant largement sur des capteurs pour cartographier l'environnement et des algorithmes qui définissent un trajet pour contourner les obstacles, explique Chen Li, membre du laboratoire Poly-PEDAL qui a travaillé sur ce projet. Cependant, lorsque le terrain devient très encombré, surtout lorsque les espaces entre les obstacles sont comparables ou plus petits que la taille du robot, cette approche devient problématique car il est impossible de dégager un tracé clair. »

Pour mener à bien leur idée, les chercheurs ont commencé par étudier le comportement de cafards discoïdes habitués à évoluer dans des forêts tropicales où le sol est jonché d'obstacles divers (hautes herbes, troncs, arbustes, feuilles, champignons, etc.). Pour ce faire, ils ont recréé des obstacles verticaux simulant de grands brins d'herbe avec des espacements réduits puis filmé les insectes avec des caméras haute vitesse. C'est alors qu'ils ont constaté que la forme ovale de la carapace faisait naturellement basculer l'insecte sur le côté pour lui permettre de se faufiler.

Cette courte vidéo montre dans un premier temps un véritable cafard passant à travers des obstacles reproduisant des brins d’herbe. On voit comment l’insecte utilise sa carapace pour basculer sur le côté afin d’adopter un profil plus fin qui lui permet de se faufiler plus aisément. Dans un deuxième temps, un robot-cafard de forme rectangulaire envoyé sur le parcours ne parvient pas à traverser les obstacles. Mais, muni d’une carapace ovale, il finit par basculer de la même manière que son homologue vivant. © Chen Li/PolyPEDAL Lab, Biomimetic Millisystems Lab, CiBER, UC Berkeley, YouTube

Vers du polymorphisme

Chen Li est ses collègues ont ensuite fabriqué trois sortes de carapaces en plastique (ovale et conique, ovale et plate, rectangulaire et plate) et envoyé leur robot-cafard à six pattes affronter le même parcours. Sans surprise, la forme rectangulaire s'est avérée la moins appropriée. En revanche, une fois équipé de la carapace ovale se rapprochant le plus du modèle naturel, le robot est parvenu à effectuer la manœuvre de bascule sans difficulté. Les chercheurs soulignent qu'il n'y a pas eu de modification au niveau des systèmes électroniques embarqués ou des logiciels.

Dans l'article scientifique décrivant cette expérimentation (publié dans la revue Bioinspiration & Biomimetics), l'équipe de Berkeley parle de « rationalisation terradynamique »« C'est une analogie terrestre des formes optimisées chez les oiseaux, les poissons, les avions et sous-marins qui réduisent la traînée lorsqu'ils se déplacent dans les fluides », peut-on lire dans le texte. Par ailleurs, ces coques ont l'avantage de protéger l'électronique de l'eau, de la poussière et des chocs. Au final, ces progrès pourraient servir à concevoir des robots terrestres susceptibles d'évoluer plus aisément sur divers types de terrains pour des missions de surveillance de l'environnement ou de recherche et sauvetage et cas de catastrophe.

Les chercheurs disent vouloir désormais poursuivre leurs travaux en étudiant d'autres animaux exploitant leur forme pour grimper ou avancer. Ils comptent ainsi créer d'autres formes « terradynamiques » et même faire du polymorphisme pour s'adapter en temps réel à la configuration du terrain.

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