Bio-mimétisme et bio-bots prennent le relais dans la course aux micro-drones

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Coût de fabrication, consommation énergétique, encombrement ou discrétion font partie des motivations dans la course à la miniaturisation pour de nombreux domaines, dont la robotique. Les micro-drones sont de plus en plus bio-inspirés, et des avancées récentes permettent même de modifier le génome de véritables insectes volants afin d’autoriser leur prise de contrôle en vol par un opérateur humain.

Loi de Moore et drones

Depuis 1965, la loi de Moore décrit empiriquement et de façon assez fiable l’évolution du nombre de transistors dans les microprocesseurs, prévoyant un doublement de la densité tous les 18 mois. La miniaturisation résultante des puces électroniques s’est répercutée dans le domaine de la robotique, avec des engins toujours plus puissants et plus autonomes. Les drones en particulier ont bénéficié de cette tendance, en acquérant en puissance de traitement et de contrôle à bord (lorsque la réduction de l’encombrement n’est pas un critère discriminant), ou en offrant la possibilité de proposer des appareils de plus en plus petits (lorsque la manœuvrabilité et la consommation énergétique sont clés).

L’impact du bio-mimétisme

Réduire la taille des drones introduit un certain nombre de contraintes dans leurs utilisations. La question de l’autonomie énergétique tout d’abord, en raison de la faible charge utile qu’il sera possible d’embarquer. Les inconvénients mécaniques ensuite tels que la sensibilité au vent et une vitesse plus faible. Bien entendu, et la nature nous offre de nombreux exemples de tels compromis, cette réduction de taille offre cependant aux micro-drones des avantages en termes de discrétion, de maniabilité et de simplicité de lancement.

Alors que ni les avions (ailes rigides et fixes) ni les drones communs (rotors) ne s’inspirent de la façon de voler des oiseaux ou des insectes, les ingénieurs travaillant sur les micro-drones se sont tournés vers les solutions mises en œuvre par la nature. Les laboratoires de l’US Air Force ou de la DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) travaillent sur de tels projets de micro-drones, robots inspirés par les moustiques ou les colibris. Ce dernier, construit et expérimenté par la DARPA, copie la dynamique de vol de l’oiseau éponyme.

Le bio-mimétisme partiel reproduit ici une fonction particulière (le vol dans le cas présent) du système vivant, sans pour autant intégrer d’autres fonctions complexes qui seraient pourtant très utiles, comme le métabolisme énergétique, l’apprentissage ou encore la fuite devant le danger.

Le développement d’un bio-drone

Bien que de plus en plus complexes et autonomes, grâce à l’incorporation de résultats issus d’autres disciplines telles que l’intelligence artificielle ou la science des matériaux, ces micro-drones quoique bio-inspirés restent des automates robotiques classiques. Certains chercheurs de l’entreprise Draper et du Howard Hugues Medical Institute ont récemment adopté une approche radicalement différente dans le cadre de leur projet DragonFleye.

Ce projet exploite des résultats issus des recherches de Hong Liang de la Texas A&M University sur le contrôle du système nerveux d’un cafard via des signaux envoyés par une carte électronique que l’insecte porte sur son dos. Le projet DragonFleye pousse ces travaux un cran plus loin en équipant une libellule d’un petit système embarqué autonome alimenté par une micro cellule solaire, permettant de prendre le contrôle du vol de l’insecte dont la structure spinale a été modifiée génétiquement. Ces bio-bots, qui s’approchent un peu plus du mythe du cyborg, sont beaucoup plus polyvalents que les drones classiques construits par l’homme. Comme le souligne Hong Liang, les insectes peuvent faire des choses que des robots ne peuvent pas faire : aller dans des endroits exigus, capter l’environnement, échapper à des prédateurs et à des dangers plus aisément qu’un robot purement mécanique. DragonFleye s’apparente donc à une chimère mi-vivante, mi-mécanique, proposant une synthèse optimale des deux mondes.

CRISPR : l’étape ultime pour la prise de contrôle du vivant

Parallèlement à cette voie de recherche, des chercheurs des universités de l’Arizona et de Harvard ont créé pendant l’été le premier « ribo-computer » à partir d’une bactérie E. Coli vivante, faisant de celle-ci le premier robot cellulaire et ordinateur vivant. Les scientifiques de Harvard ont réussi à encoder un film directement sur la bactérie, réalisant ainsi le premier archivage de données sur le matériel génétique d’un être vivant. Seth Shipman, le chercheur responsable du projet, évoque la possibilité de se servir de ces cellules pour faire des opérations logiques (ET, OU et NON) encodées génétiquement en utilisant les procédés CRISPR, ce qui permettrait d’exécuter des commandes par l’intermédiaire de la cellule.

Ces travaux, publiés dans Nature, laissent entrevoir la prochaine étape dans l’utilisation des bio-drones : si DragonFleye propose de parasiter le système vivant par l’embarquement d’un dispositif externe de pilotage, l’usage de CRISPR pourrait ouvrir la voie à une véritable reprogrammation biologique des insectes pour leur faire effectuer des tâches particulières. On imagine l’infinie palette de possibilités, ainsi que la complexité inextricable des questions éthiques soulevées… 


Rédacteur

- Marc-Emmanuel Perrin, Attaché adjoint pour la Science et la Technologie, San Francisco, deputy-sf@ambascience-usa.org

Sources

- https://www.theguardian.com/science/2015/mar/04/cockroach-robots-not-nightmare-fantasy-but-science-lab-reality
- http://www.draper.com/news/dragonfleye-has-liftoff
- https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/industrial-robots/draper-dragonfleye-project
- https://robotrabbi.com/2017/09/08/nature/
- http://www.nature.com/nature/journal/v547/n7663/full/nature23017.html
- http://www.alleywatch.com/2017/09/reprogramming-nature-swarms-cyborgs/