On sait désormais que la vision 3D de la mante religieuse diffère de celle des humains. © Daniel Leal-Olivas, AFP

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Mante religieuse : sa vision en 3D aidera-t-elle la robotique ?

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En 2014, une équipe de l'université de Newcastle (Royaume-Uni) entamait un étonnant programme de recherche sur le système de vision 3D de la mante religieuse. Alors, ce curieux animal voit-il comme nous ? Pas tout à fait répondent les chercheurs, dont les travaux ouvrent des perspectives prometteuses en robotique.

Les mantes religieuses voient la vie en 3D mais d'une façon différente de nous, ont annoncé jeudi des chercheurs de l'institut de Neuroscience de l'université de Newcastle (Royaume-Uni). Selon eux, cette découverte pourrait permettre de simplifier les processus de vision des robots. Les Hommes, comme les singes, les chats, les chevaux, les chouettes ou encore les crapauds, voient en trois dimensions. Mais la mante religieuse est le seul insecte connu à disposer de cette vision stéréoscopique.

Ce type de vision permet d'évaluer les distances aux choses. Chacun de nos yeux perçoit le monde qui l'entoure de façon légèrement différente et notre cerveau fusionne le tout pour former une seule image, en relief. L'équipe a eu l'idée de créer des lunettes miniatures 3D pour étudier la vision des mantes religieuses.

Équipés de ces mini-lunettes aux lentilles colorées, fixées avec de la cire d'abeille, les insectes ont eu droit à une séance de cinéma 3D avec visionnage de proies. L'illusion a marché : les mantes ont cherché à attraper les proies. Les chercheurs leur ont ensuite montré des images plus complexes, ce qui leur a permis de découvrir que les mantes avaient une vision 3D très différente de celle de l'Homme.

Une découverte qui pourrait s'appliquer aux drones

« Les mantes ne s'attaquent qu'à des proies en mouvement, donc elles n'ont pas besoin de traiter des images fixes », déclare Vivek Nityananda, de l'université de Newcastle, dans une vidéo. « Nous avons découvert que les mantes ne se préoccupent pas des détails de l'image mais se contentent de regarder là où l'image change », ajoute-t-il. L'Homme, en revanche, est très performant sur les images fixes, soulignent les chercheurs, dont l'étude est parue jeudi dans le journal Current Biology.

Cette découverte d'un mécanisme de vision 3D simplifié pourrait trouver des applications en robotique. Actuellement, « de nombreux robots utilisent la vision stéréoscopique pour naviguer mais celle-ci est généralement basée sur la vision stéréo humaine complexe », relève Ghaith Tarawneh, coauteur de l'étude, ce qui nécessite beaucoup de puissance d'ordinateur. Développer une vision 3D « rustique », comme celle de l'insecte, dont le cerveau est très petit, devrait permettre d'économiser de la puissance. Cela pourrait s'appliquer par exemple aux drones

Pour en savoir plus

Insolite : des lunettes 3D sur une mante religieuse

Article initial de Marc Zaffagni, paru le 01/05/2014

Un projet de recherche mené à l'université de Newcastle au Royaume-Uni vise à étudier le système de vision de la mante religieuse en lui faisant porter les plus petites lunettes 3D jamais créées. L'objectif est de voir si les capacités visuelles de cet insecte ont évolué de façon similaire ou différente de celles des humains. Les résultats de cette étude pourraient favoriser une nouvelle approche de la vision 3D par ordinateur et pour la robotique.

L'Institute of Neuroscience de l'université de Newcastle (ION) au Royaume-Uni a lancé un projet d'étude sur la vision en 3D de la mante religieuse. Cet invertébré est le seul doué de cette capacité, et les enseignements qui seront tirés de ce programme pourraient contribuer à faire progresser la vision 3D pour l'informatique et la robotique. « Les cerveaux des insectes se composent de seulement un million de neurones, comparés aux dizaines de milliards du cerveau humain », explique Jenny Read qui dirige l'équipe chargée de ce projet baptisé « Man, mantis & machine: the computation of 3D vision ».

Selon elle, cette relative simplicité permet de cartographier le circuit neuronal avec plus de facilité. La vision 3D a été identifiée chez un certain nombre d'animaux, notamment le singe, le chat, le hibou, le faucon, le crapaud et le cheval. Mais jusqu'au début des années 1980, les scientifiques pensaient que les invertébrés étaient dépourvus de cette capacité. Puis, en 1983, les travaux menés par le biologiste Samuel Rossel ont mis en évidence la faculté qu'ont les mantes religieuses à voir en 3D.

La mante religieuse optimisée pour la vision 3D

« La mante religieuse semble être physiquement optimisée pour la vision 3D », poursuit Jenny Read, évoquant sa tête de forme triangulaire, un chevauchement binoculaire supérieur à 70° et une fovéa pointée vers l'avant. « Son mode de vie est certainement facilité par la vision 3D : c'est un prédateur en embuscade qui vit dans un environnement visuel encombré de végétation dense et mange des proies très camouflées, comme les grillons. » La chercheuse britannique ajoute que la vision en relief de la mante religieuse n'a encore pas fait l'objet d'études poussées, comme ce fut le cas pour la chouette effraie et le macaque.

Pour mener leur étude sur la vision 3D de la mante religieuse, les chercheurs de l’université de Newcastle au Royaume-Uni ont imaginé des tests qui cherchent à tromper sa perception de la profondeur de champ. Des images 3D simulent des objets s’approchant de l’insecte afin de déclencher chez lui un geste d’attaque. La mante est filmée grâce à deux caméras et ses réactions électrophysiologiques enregistrées par des électrodes. © Institute of Neuroscience, université de Newcastle

Pour mener leurs tests, les scientifiques ont créé ce qu'ils disent être la plus petite paire de lunettes 3D jamais conçues. En l'occurrence, ce sont deux filtres polarisants circulaires placés devant les yeux de l'insecte et maintenus grâce à de la cire d'abeille. Une fois la mante religieuse équipée de ces lunettes, on lui montre des images en 3D sur un écran d'ordinateur. L'objectif est d'essayer de tromper l'insecte sur sa perception de la profondeur de champ. L'une des images est un cercle qui simule un objet s'approchant de l'insecte afin de l'inciter à porter une attaque. Pendant ces tests, la mante est filmée par deux caméras (1.000 images par seconde) placées au-dessus et sur le côté. L'objectif est de classifier les différentes réactions aux stimuli. Des marqueurs réfléchissants peints sur sa tête et ses articulations aident les algorithmes à extraire ces données. À ces observations comportementales s'ajoutent des mesures électrophysiologiques sur le système nerveux grâce à des électrodes en fil d'argent placées sur le lobe optique et le cordon ventral.

Bientôt de meilleurs algorithmes de vision 3D pour la robotique ?

Le projet de recherche lancé par Jenny Read et son équipe a six objectifs. Parmi eux, caractériser la vision en 3D de la mante religieuse et déterminer si celle-ci est fonctionnellement équivalente à celle des mammifères et des oiseaux. Les scientifiques veulent aussi identifier les cellules du système nerveux de la mante qui gèrent la profondeur de champ et caractériser la réponse des neurones à différents points du processus allant de la phototransduction au mouvement. Enfin, ils souhaitent développer des modèles informatiques qui décrivent les réponses des neurones individuels et qui relient l'activité neuronale au comportement de la mante religieuse.

De cette étude, les chercheurs espèrent retirer plusieurs enseignements. Dans un premier temps, il faut savoir si la vision 3D repose sur une seule base commune chez les mammifères, les oiseaux, les amphibiens et les insectes. Ensuite, les scientifiques pourraient obtenir de nouveaux éléments sur l'évolution de cette vision 3D et concevoir un algorithme 3D d'une efficacité inédite. Enfin, ces travaux mèneraient à une meilleure compréhension de la perception et du comportement chez les humains et les autres invertébrés.

Selon les résultats, le projet peut évoluer dans deux directions différentes. Première option, les chercheurs découvrent que la vision 3D de la mante religieuse est totalement différente de celle des humains. Dans ce cas, cela permettrait de créer un algorithme de vision 3D simplifié pour la robotique et l'informatique. L'idée est un processus qui prendrait un flux vidéo binoculaire comme source et le transformerait en action. Un tel algorithme pourrait servir à contrôler des robots en étant beaucoup plus simple et efficace que les programmes existants, pense Jenny Read. Si au contraire il s'avère que la vision 3D des mantes religieuses est proche de celle des vertébrés, cela offrirait un nouveau terreau scientifique quant à l'évolution de ce sens. À suivre donc.

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