{"id":2739,"date":"2024-07-15T16:09:50","date_gmt":"2024-07-15T14:09:50","guid":{"rendered":"https:\/\/serres-lab.com\/?p=2739"},"modified":"2024-07-27T09:35:23","modified_gmt":"2024-07-27T07:35:23","slug":"futurama-sinspirer-du-vivant-pour-creer-des-robots","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/serres-lab.com\/fr\/futurama-sinspirer-du-vivant-pour-creer-des-robots\/","title":{"rendered":"[Futurama] S\u2019inspirer du vivant pour cr\u00e9er des robots"},"content":{"rendered":"\n

S\u2019inspirer du vivant pour cr\u00e9er des robots<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Les insectes font preuve d’\u00e9tonnantes capacit\u00e9s, malgr\u00e9 leurs faibles ressources neuronales : se rep\u00e9rer dans l\u2019espace, se poser sur une cible en mouvement, battre des ailes\u2026 Ces aptitudes sont la source d\u2019inspiration des \u00e9quipes du laboratoire de Biorobotique<\/a> de l\u2019Institut des Sciences du Mouvement (ISM) \u2013 Etienne-Jules Marey (CNRS\/Aix Marseille Universit\u00e9, UMR 7287)<\/a>, qui empruntent au vivant pour solutionner des probl\u00e8mes difficiles en robotique.<\/p>\n\n\n\n

Juch\u00e9 sur les hauteurs du campus Luminy de Marseille, le laboratoire de Biorobotique de l’Institut des Sciences du Mouvement (ISM) – Etienne-Jules Marey (CNRS\/Aix Marseille Universit\u00e9, UMR 7287)<\/a> offre une vue plongeante sur le parc naturel des calanques. D\u00e9j\u00e0, depuis l’ext\u00e9rieur, on constate que la nature occupe une place de choix dans ce laboratoire. Elle est m\u00eame le moteur de l’inspiration de sept chercheurs permanents et d’une dizaine de doctorants. \u00ab On veut expliquer le m\u00e9canisme de perception et de navigation des insectes pour s’en inspirer ou pour l’imiter \u00bb, entame Julien Serres, enseignant-chercheur en biorobotique et responsable de l’axe Biorobotique<\/a> de l’Institut. Alors, ils construisent des robots qui tentent d’imiter le vol gracieux, la d\u00e9marche subtile, la vision surprenante de nos amis les insectes. \u00c0 l’approche de l’entr\u00e9e, on entend un bourdonnement, celui d’une des abeilles des ruches install\u00e9es derri\u00e8re le b\u00e2timent, ou celui du drone en plein vol<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Des insectes sourcent d\u2019inspiration<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dans les couloirs de cette ancienne soufflerie, tout part du vivant : de travaux de biologistes ou d’exp\u00e9riences conduites sur place. \u00ab Deux de nos th\u00e9sards<\/a>, par exemple, \u00e9tudient le mouvement des insectes : comment les abeilles r\u00e9gulent l’altitude<\/a>, comment elles r\u00e9alisent leur d\u00e9collage, comment elles utilisent la vision polaris\u00e9e, comment les mouches stabilisent leur vol\u2026 \u00bb, \u00e9num\u00e8re le chercheur. Une dr\u00f4le de bo\u00eete au fond d’une pi\u00e8ce atteste de ces exp\u00e9rimentations : elle a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9e pour \u00e9tudier l\u2019atterrissage sur fleur des abeilles. Des cam\u00e9ras filmaient la mani\u00e8re dont l\u2019abeille se posait sur une fleur – ici artificielle – ondulant au milieu de la vitrine. \u00ab La t\u00e2che d\u2019affleurissage – comme je l\u2019ai appel\u00e9e – est difficile. Les abeilles r\u00e9ussissent l\u00e0 o\u00f9 seuls les meilleurs pilotes s\u2019en sortent, c\u2019est-\u00e0-dire se poser sur une cible en mouvement \u00e0 vitesse relative quasi nulle \u00bb<\/em>, souligne Julien Serres. Son laboratoire s\u2019est notamment lanc\u00e9 sur la compr\u00e9hension des aptitudes exceptionnelles de l\u2019abeille pour l\u2019affleurissage afin, dans le futur, de l\u2019int\u00e9grer dans des robots volants r\u00e9alisant des t\u00e2ches d\u2019appontage (atterrissage sur la plateforme d’un porte-avion).<\/p>\n\n\n\n

De l’observation na\u00eet de la fascination face aux \u00ab capacit\u00e9s exceptionnelles de ces \u00eatres intelligents \u00bb<\/em>, mais aussi et surtout, beaucoup d’id\u00e9es. \u00ab \u00c0 partir des observations du vivant, nous pourrons concevoir des robots utilisant ces avantages \u00e9volutifs pour une t\u00e2che de robotique concr\u00e8te qui est pour l\u2019heure difficile \u00bb, <\/em>explique Julien Serres.<\/p>\n\n\n\n

La polarisation du ciel pour se rep\u00e9rer<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Prenons un autre exemple, celui de la fourmi Cataglyphis<\/em><\/a>. Pour se nourrir, elle se d\u00e9place en plein d\u00e9sert sans GPS avec une acuit\u00e9 visuelle passant pour m\u00e9diocre \u00e0 c\u00f4t\u00e9 de la n\u00f4tre et pourtant\u2026 Elle retrouve toujours le chemin de son nid ! Cet insecte doit bien cacher quelque chose. Pour les biologistes, elle s\u2019aide notamment d\u2019un atout de taille : la position du soleil et son motif de polarisation. Elle a une vision polaris\u00e9e, une sorte de boussole optique qui lui permet de voir des motifs dans le ciel et de s\u2019orienter. \u00ab C\u2019est int\u00e9ressant de comprendre comment la nature a \u00e9volu\u00e9 dans cette direction ! \u00c0 c\u00f4t\u00e9, l’\u0153il humain para\u00eet presque pauvre \u00bb<\/em>, s\u2019\u00e9merveille Julien Serres. Alors, plusieurs doctorants du laboratoire ont \u00e9t\u00e9 missionn\u00e9s de s’inspirer de cet avantage de la fourmi dans le but d\u2019am\u00e9liorer le rep\u00e9rage dans l’espace des robots qui se d\u00e9placeront, que ce soit une voiture, un futur dro\u00efde de livraison, ou un drone volant militaire.<\/p>\n\n\n\n

Sortons pour mieux comprendre. Et cela tombe bien : aujourd\u2019hui le ciel est bleu. En arrivant dans l\u2019atmosph\u00e8re, la lumi\u00e8re du Soleil se propage en oscillant perpendiculairement \u00e0 la direction de propagation. Cela a pour effet de cr\u00e9er des traits dans le ciel qui nous sont invisibles<\/a>. \u00ab Mais pour s\u2019en rendre compte, nous pouvons prendre une paire de lunettes dot\u00e9es de verres solaires polaris\u00e9es en main, la mettre \u00e0 l\u2019envers et regarder le changement de lumi\u00e8re quand on les place face au ciel \u00bb<\/em>, conseille Antoine Moutenet<\/a>, doctorant \u00e0 l\u2019ISM et sous contrat chez SAFRAN Electronics & Defense. Il travaille \u00e0 la confection d\u2019une cam\u00e9ra polarim\u00e9trique pour des applications militaires. Pour mieux rendre compte de son travail, il a branch\u00e9 une sorte de webcam \u00e0 la sortie USB de son ordinateur portable qu\u2019il pointe vers le ciel : sur son \u00e9cran s\u2019affiche une image du ciel en nuances de gris et un trait noir scinde en deux l\u2019image. Lorsqu\u2019il change l\u2019orientation de la cam\u00e9ra, presque instantan\u00e9ment, le trait noir change aussi d\u2019orientation. C\u2019est le m\u00e9ridien solaire. \u00ab Il nous permet de retrouver le Soleil [m\u00eame quand la cam\u00e9ra ne pointe pas vers lui, ndlr]. Et comme nous connaissons la date et le lieu, nous pouvons imm\u00e9diatement retrouver le p\u00f4le Nord <\/em>\u00bb, explique son coll\u00e8ge L\u00e9o Poughon<\/a>, doctorant \u00e0 l\u2019ISM et sous contrat chez le constructeur automobile Stellantis (comprenant l\u2019ex constructeur Peugeot-Citro\u00ebn).<\/p>\n\n\n\n

L\u2019inutile haute r\u00e9solution<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00ab Mon sujet de th\u00e8se est d\u2019\u00eatre capable de mettre un capteur de mesure de polarisation sur une voiture \u00bb<\/em>, d\u00e9crit L\u00e9o Poughon<\/a>. Ce capteur permettrait de s\u2019orienter sans besoin de GPS ou de boussoles magn\u00e9tiques, qui chacun peuvent avoir leurs limitations. Avec d\u2019autres chercheurs, il a travaill\u00e9 sur la conception d\u2019une cam\u00e9ra polarim\u00e9trique baptis\u00e9e Skypole<\/a>, et ont publi\u00e9 leurs travaux en 2023 dans la prestigieuse revue am\u00e9ricaine PNAS<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

\u00c0 nos pieds, roule un petit robot avec un globe sur le dessus en guise d\u2019\u0153il-cam\u00e9ra pour se rep\u00e9rer. \u00ab Voici Antcar<\/a>, il est dot\u00e9 de cam\u00e9ras polarim\u00e9triques et utilise \u00e9galement des indices visuels pour se rep\u00e9rer \u00bb<\/em>, pr\u00e9sente Gabriel Gattaux<\/a>, doctorant \u00e0 l\u2019ISM et financ\u00e9 par l\u2019Agence Innovation D\u00e9fense<\/a>, qui travaille sur ce projet. Les fourmis ont un autre atout. Elles retiennent leur chemin \u00e0 partir du d\u00e9filement optique des objets qui sont sur leur chemin. Et pour cela, pas besoin de beaucoup de ressources neuronales et d\u2019une vision pr\u00e9cise. \u00ab On \u00e9vite le bruit avec la basse r\u00e9solution. Quand on apprend un chemin, toutes les informations ne sont pas utiles : s\u2019il y a un arbre, pas besoin de retenir toutes les feuilles qui bougent \u00bb<\/em>, image-t-il. Sur ce petit robot \u00e0 roues, c’est pareil, la cam\u00e9ra permet une vision \u00e0 360\u00b0 avec seulement 44×44 pixels. Lui, qui ressemble aujourd’hui plut\u00f4t \u00e0 un jouet, pourrait \u00eatre \u00e0 l’origine d’une lign\u00e9e de robots agricoles. \u00ab Car l’avantage pour eux, c’est que c’est toujours le m\u00eame terrain \u00bb<\/em>, indique Gabriel Gattaux<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Id\u00e9e, conception, tests : tout est fait sur place<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Mais avant d\u2019arriver \u00e0 ces d\u00e9monstrations des capacit\u00e9s des robots, il faut d\u2019abord les construire. Apr\u00e8s l\u2019id\u00e9e, vient donc la conception. Et cela se passe dans l\u2019atelier de fabrication : l\u2019une des imprimantes 3D confectionne ses composantes, puis l\u2019art\u00e9fact robotique est assembl\u00e9 sur l\u2019un des \u00e9tablis ou dans la salle d\u2019usinage \u00e0 c\u00f4t\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Puis, il doit subir une batterie de tests. C\u2019est notamment l\u2019usage de cette salle \u00e9tonnante : l\u2019Ar\u00e8ne de Vol de la M\u00e9diterran\u00e9e<\/a> (AVM). Ici, deux tables remplies d’ordinateurs, de routeurs, de cam\u00e9ras font face \u00e0 une curieuse installation, une voli\u00e8re. Xavier Da\u00efni<\/a>, en th\u00e8se depuis 3 ans \u00e0 l\u2019ISM, est justement en train de tester son robot – qui n\u2019a pas encore de nom. Son projet est de construire un drone qui imite l\u2019exploration d\u2019un espace des insectes. \u00ab Ceux-ci sont sensibles au flux optique<\/a>, c\u2019est-\u00e0-dire au d\u00e9filement du paysage quand ils se d\u00e9placent, pour se rep\u00e9rer dans l\u2019espace \u00bb<\/em>, explique le doctorant. Xavier Da\u00efni<\/a> enfile des chaussons, pour \u00e9viter de transporter de la poussi\u00e8re, ouvre les filets blancs qui d\u00e9limitent l\u2019ar\u00e8ne et pose son drone. Il ne l\u2019allume que quand la piste est de nouveau ferm\u00e9e. L\u2019engin bourdonne dans la pi\u00e8ce. Gr\u00e2ce aux quatre boules grises sur son dos identifiables par les cam\u00e9ras de la pi\u00e8ce, la localisation et l\u2019orientation du drone sont calcul\u00e9es et il peut poursuivre son d\u00e9placement.<\/p>\n\n\n\n

Le casse-t\u00eate de la robotique sur pattes<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ce n\u2019est pas le seul instrument de torture pour robot, dans un bureau \u00e9troit, une patte articul\u00e9e est accroch\u00e9e sur une potence. En dessous, un petit tapis roulant permet de la tester en mouvement.  \u00ab Voici un projet en cours : la patte biomim\u00e9tique Pohod15Leg<\/a>, con\u00e7ue par Ilya Bodoline<\/a><\/em>, introduit Julien Serres. Par la suite, on voudrait en faire 6 et confectionner un robot marcheur hexapode. \u00bb <\/em>Avant d’y parvenir, il reste \u00e0 optimiser cette patte pour qu’elle r\u00e9siste mieux \u00e0 la chaleur. \u00ab Nous, humains, avons la transpiration pour dissiper notre chaleur. Il faut trouver comment faire de m\u00eame avec les robots pour \u00e9viter la surchauffe avec des moteurs \u00e9lectriques qui ne sont malheureusement pas aussi performants que nos muscles \u00bb<\/em>, r\u00e9fl\u00e9chit Julien Serres.<\/p>\n\n\n\n

\u00ab La robotique sur pattes, dite robotique hexapode, \u00e0 l’ext\u00e9rieur est tr\u00e8s difficile \u00bb<\/em>, pr\u00e9vient le chercheur. Dehors, une cascade de complications (temp\u00e9rature, vent, humidit\u00e9…) vient mettre des b\u00e2tons dans les roues – ou dans les ailes – des robots. Alors, ils ont fait de cette probl\u00e9matique un axe de travail important<\/a>. \u00ab Ce sont traditionnellement des servomoteurs – de petits moteurs capables de maintenir l\u2019angle des articulations constant – qui sont utilis\u00e9s dans cette application, mais les 70 \u00b0C atteints en moins de 15 minutes de fonctionnement, ils surchauffent et arr\u00eatent de fonctionner \u00bb<\/em>, note-t-il. Leur id\u00e9e est donc de copier les insectes pour concevoir de nouvelles pattes de robots, sans servomoteurs. Avant les travaux d\u2019Ilya Brodoline, cela a conduit \u00e0 la cr\u00e9ation d’AntBot<\/a> en 2019, qui en plus de sa vision biomim\u00e9tique avec deux capteurs sur le haut de sa t\u00eate, poss\u00e8de \u00e9galement 6 pattes rouges avec lesquelles il se d\u00e9place au maximum \u00e0 90 cm\/s. Une sorte de fourmi g\u00e9ante qui marche sur la pointe des pattes. Mais les performances d\u2019AntBot n\u2019\u00e9taient pas suffisantes : \u00e0 l\u2019ext\u00e9rieur, il ne peut pas se d\u00e9placer que quelques dizaines de m\u00e8tres. Les chercheurs aimeraient multiplier par dix ses performances \u00e0 l\u2019avenir. Peut-\u00eatre que ce sera le cas des pattes Pohod15Leg\u2026<\/p>\n\n\n\n

\u00ab Reboucler sur la biologie \u00bb<\/strong><\/p>\n\n\n\n

L\u2019id\u00e9e derri\u00e8re tous ces projets vari\u00e9s n’est pas seulement de s’inspirer du vivant, une importance est aussi donn\u00e9e \u00e0 l’application de ces technologies avec un but pr\u00e9cis. Alors, bon nombre de th\u00e8ses sont en partenariat avec des entreprises comme Stellantis, Safran ou XTIM Bionic Bird<\/a>, une soci\u00e9t\u00e9 de construction de drones biomim\u00e9tiques Marseillaise. \u00ab Nous voulons que ces projets soient des \u00e9changes profitables. L’industrie n’a pas toujours le temps de faire de la recherche \u00bb<\/em>, appuie Julien Serres.<\/p>\n\n\n\n

Mais en plus, ces outils pourront \u00e0 leur tour aider le vivant, en mettant \u00e0 l\u2019\u00e9preuve les mod\u00e8les de la biologie. \u00ab Avec Antcar notamment, on souhaite reboucler sur la biologie : on esp\u00e8re voir si les mod\u00e8les de la biologie, concernant leur rep\u00e9rage dans l\u2019espace, sont coh\u00e9rents \u00bb<\/em>, souhaite Gabriel Gattaux. Par exemple, est-ce que vraiment les fourmis peuvent se d\u00e9placer gr\u00e2ce au d\u00e9filement optique et la lumi\u00e8re polaris\u00e9e ? Nous cachent-elles d’autres secrets ?<\/p>\n\n\n\n

Enfin, apr\u00e8s tous ces tests et apr\u00e8s avoir peut-\u00eatre inspir\u00e9 l\u2019industrie, s\u00fbrement le robot finira-t-il ses jours dans le cabinet de curiosit\u00e9s qui jouxte le bureau des chercheurs et chercheuses. Aux c\u00f4t\u00e9s de ses anc\u00eatres, il reposera dans l\u2019une des vitrines en verre avec devant lui une \u00e9tiquette pr\u00e9sentant son nom et sa date de cr\u00e9ation.<\/p>\n\n\n\n

S\u2019inspirer du vivant pour r\u00e9duire la consommation des robots<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Le biomim\u00e9tisme appara\u00eet \u00e9galement comme une opportunit\u00e9 de r\u00e9duire la consommation d\u2019\u00e9nergie des robots. Les insectes ont des facult\u00e9s int\u00e9ressantes malgr\u00e9 des ressources limit\u00e9es. Ils sont un mod\u00e8le d\u2019efficacit\u00e9 qu\u2019il est int\u00e9ressant de copier. On l\u2019a vu, les fourmis inspirent la robotique hexapode, pour remplacer \u00e0 l\u2019avenir les servomoteurs employ\u00e9s dans ce type de robots qui consomment beaucoup d\u2019\u00e9nergie. Un autre aspect qui est travaill\u00e9 ici est le vol battu. \u00ab Des \u00e9tudes sur les papillons ont montr\u00e9 que l\u2019alternance entre battement d\u2019ailes et vol plan\u00e9 permet d\u2019\u00e9conomiser des ressources \u00bb<\/em>, d\u00e9crit Lina Le Guellec<\/a>, doctorante \u00e0 l\u2019ISM financ\u00e9e aussi par l\u2019Agence Innovation D\u00e9fense<\/a>. Sa th\u00e8se a commenc\u00e9 il y a seulement quelques jours, mais c\u2019est sur l\u2019imitation de l\u2019alternance entre le vol battu et le vol plan\u00e9 qu\u2019elle s’appr\u00eate \u00e0 travailler. Son objet de travail sera un petit drone, con\u00e7u par la soci\u00e9t\u00e9 Marseillaise XTIM, qui ressemble justement \u00e0 un papillon.<\/p>\n\n\n\n

Propos recueillis par Charlotte Mauger<\/a><\/p>\n\n\n\n

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