La résistance aux chocs des cafards inspire les roboticiens

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Une équipe de UC Berkeley a développé un prototype qui corrige le problème de fragilité des petits robots mobiles.

Des robots fragiles

La miniaturisation continue des composants électroniques se répercute naturellement sur la taille des robots mobiles les plus récents. Bardés de capteurs indispensables à leur orientation et à leurs déplacements, ils doivent se mouvoir dans un monde peu prédictible et les collisions sont parfois inévitables. Ces chocs, dont leurs opérateurs peuvent être jugés responsables, concernent non seulement les capteurs de guidage mais également leurs fragiles organes mécaniques de locomotion.

Eviter les collisions

Pour accroître la robustesse de ces mini-robots mobiles, la stratégie couramment adoptée est d’utiliser les capteurs présents sur le robot en conjonction avec des méthodes logicielles pour détecter les obstacles et les éviter. C’est par exemple le cas des drones volants, qui utilisent des capteurs et un peu de machine learning pour détecter des objets et éviter la collision. Cependant, l’équipe d’ingénierie de Ron Fearing, et notamment Kaushik Jayaran, un des doctorants du laboratoire de Robert Full à UC Berkeley, a montré qu’il existait une autre stratégie que certains insectes mettent en place : utiliser une collision pour effectuer la transition du plan horizontal au plan vertical.

DASH, un robot piloté inspiré par le cafard

Dans une étude parue dans le journal Royal Society Interface, les chercheurs de UC Berkeley se sont inspirés du cafard pour créer un robot capable de monter sur un obstacle dans lequel celui-ci se « cognerait ». Pour créer ce robot, Robert Fulll, Kaushik Jayaran, Jean-Michel Mongeau et Paul Birkmeyer se sont inspirés de la nature et notamment d’un insecte très répandu et extrêmement résistant : le cafard. Cette insecte très léger est doté d’un exosquelette mou et souple qui se comporte comme un absorbeur de chocs. Les mesures effectuées par l’équipe montrent qu’à une vitesse d’un mètre par seconde (environ 50 fois la longueur de l’insecte par seconde), le cafard est capable de passer du plan horizontal au plan vertical en 75 millisecondes, et ainsi de grimper sur un mur en se « cognant » dedans. Le fruit de leur recherche est le robot nommé DASH (Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod). Ce robot, tenant dans la paume de la main, construit autour d’un exosquelette souple est fait pour être piloté et n’embarque aucun capteur ni ordinateur de bord pour calculer sa réponse à un choc frontal. Si DASH est équipé de tampons collants sur ses pattes ou encore de ventouses, il peut alors monter sur la surface avec laquelle il est entré en collision comme le ferait un cafard ou un gecko.

Avantages et limitations

Les résultats de leur étude montrent que la production de robots pilotés de petite taille basés sur ces principes est non seulement possible mais apporte également une simplification potentielle dans la structure de ces automates qui n’auront plus besoin de systèmes de détection aussi coûteux. Cependant, l’équipe a également montré que pour la plupart des robots pesant plus d’un kilogramme, une telle solution serait plus difficile à mettre en place, l’usage s’en retrouvant réservé aux machines de plus petites tailles.

Une solution plus économique que les bio-robots

D’autres travaux s’intéressant à l’efficacité énergétique de petits robots et drones ont apporté une autre solution au problème des collisions en utilisant un organisme vivant contrôlé à distance. Ce cas particulier, fruit de la technologie CRISPR permettait l’implantation de sondes dans un insecte génétiquement modifié. Cela permettait de prendre le contrôle du « robot » et donc de bénéficier de la durée de vie de l’animal ainsi que de son habileté à réagir lui-même à son environnement, et donc aux collisions. Le cas est un peu différent ici dans la mesure où il s’agit de robots pilotés par un opérateur et qui se déplacent au sol pour le moment. Cependant, DASH et ses potentiels dérivés représentent une alternative possible à ces insectes modifiés, en s’inspirant très fortement de la structure même de leurs corps pour arriver à imiter leur action face à une collision.

Les façons bio-inspirées de concevoir des automates de petite taille deviennent de plus en plus performantes et multidisciplinaires. L’équipe ayant créé DASH implique par exemple des experts de la biologie intégrative et de l’ingénierie informatique et électrique. D’autres innovations pourraient également converger avec ces nouveaux paradigmes de conception de robots : à quand un robot bio-inspiré à l’exosquelette souple constitué entièrement d’une « peau » lui offrant le sens du toucher ?


Rédacteur

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

Sources
- http://news.berkeley.edu/story_jump/cockroach-inspired-robot-is-no-crash-test-dummy/
- http://www.sciencedirect.com/science/journal/09244247/264/supp/C?sdc=1
- https://www.france-science.org/Vers-des-robots-ayant-le-sens-du.html
- https://www.france-science.org/Bio-mimetisme-et-bio-bots-prennent.html
- 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/
- https://www.france-science.org/Bio-mimetisme-et-bio-bots-prennent.html
- https://www.washington.edu/news/2017/10/17/flexible-skin-can-help-robots-prosthetics-perform-everyday-tasks-by-sensing-shear-force/