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Un robot fouisseur inspiré d'un coquillage

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Comment un engin sous-marin automatisé pourrait-il s'ancrer rapidement et solidement dans le sédiment ? Des ingénieurs se sont posé la question et ont trouvé la réponse dans la nature en s'inspirant du couteau, ce long coquillage qui s'enfonce profondément et à grande vitesse dans le sable des plages. Son secret : modifier les propriétés du sédiment qui l'entoure.

Anette Hosoi et Amos Winter devant l'appareil permettant de filmer les prouesses souterraines du couteau. © Donna Coveney

Tous les marins le savent. Installer une ancre pour retenir le bateau est un art délicat et il faut, de plus, songer à la manière dont on la dégagera du fond pour la remonter à bord. Le problème se pose crûment pour des engins sous-marins automatisés qui doivent se poser sur le fond sans trop bouger.

Au MIT (Massachusetts Institute of Technology), une équipe du Hatsopoulos Microfluids Laboratory, celle dirigée par Anette (dite Peko) Hosoi s'est attelée à la tâche. Amos Winter, l'un des chercheurs impliqués, a présenté la solution au dernier congrès de l'American Physical Society : il suffit d'imiter le couteau. Ce mollusque bivalve (comme les huîtres et les moules) vit dans le sable et peut s'y enfoncer à une vitesse étonnante pour y rester solidement enfiché. Il en existe plusieurs espèces, toutes caractérisées par une forme effilée, évoquant une lame de couteau. Les chercheurs du MIT se sont intéressés à Ensis directus, appelé en France couteau américain depuis qu'il montre une nette tendance à envahir nos côtes, au détriment d'espèces locales.

De grande taille, il mesure plus de 15 centimètres de longueur pour 2,5 de large. Ses performances de creuseur de trou semblaient inexplicables. Tout d'abord, la vitesse. E. directus s'enfonce dans le sable à raison de un centimètre par seconde ! Quant à la force d'ancrage, c'est-à-dire celle qu'il faut mettre en œuvre pour le remonter, Amos Winter affirme que le mollusque fait au moins dix fois mieux que tous les dispositifs existants, compte tenu de sa taille et de sa masse.

Le RoboClam imite, autant que faire se peut, les techniques du mollusque Ensis directus. © Donna Coveney

Dans un premier temps, les chercheurs ont imité la forme du couteau et fabriqué un modèle en plastique, enfoncé dans un substrat de fines perles de verre, simulant du sable. Las, ce modèle simpliste s'extirpait facilement. Bref, le couteau, du haut de ses millions d'années d'existence, doit avoir un secret. A force d'observations (une vidéo est disponible sur le magazine du MIT), il a enfin pu être percé.

Un expert en mécanique des fluides

L'équipe américaine a installé quelques-uns de ces animaux dans une boîte de sable munie d'une paroi vitrée et ont filmé leurs mouvements à l'aide d'une caméra rapide. Les prises de vue ont montré un enchaînement bref de deux gestes. Le mollusque étend vers le bas une partie musculaire et la tortille rapidement. Presque en même temps, il ouvre et ferme sa coquille. L'animal s'enfonce alors brusquement. Cette succession de mouvements le fait progresser dans le sable.

Toujours inexplicable... Des expériences ont ensuite permis à l'équipe d'imaginer une hypothèse et de la vérifier. Les mouvements rapides du couteau secouent le sédiment autour de lui et en provoquent une liquéfaction partielle. La progression devient alors bien plus facile et le couteau peut s'enfoncer au sein d'une résistance plus faible.

Durant l'été, Amos Winter s'est attaqué à la réalisation du RoboClam (en anglais, le couteau est appelé razor clam), un appareil de la taille d'un briquet capable de mouvements semblables à celui de l'animal. L'engin n'est pas encore un prototype mais seulement un modèle expérimental pour vérifier la validité des hypothèses sur les techniques du bivalve fouisseur. Les bateaux auront-ils un jour à bord quelques robots qu'il suffira de jeter à l'eau pour qu'ils s'occupent eux-mêmes de l'ancrage ?

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