La biomécanique, clé de la robotique du futur ? La technologie a tout intérêt à s’inspirer du vivant et de la nature pour nature pour faire émerger une nouvelle génération de robots.
En quelques milliards d’années, les êtres vivants sous la pression de la sélection naturelle ont déployé un extraordinaire éventail de stratégies pour survivre dans des conditions extrêmes, se mouvoir dans des milieux hostiles ou percevoir leurs environnements complexes. Paradoxalement, les systèmes mécaniques et électroniques des robots sont fondés sur une petite gamme de solutions technologiques (roue, propulseurs, caméra, etc.) dont le champ d’action est en comparaison relativement restreint. Et si les robots étaient dotés de pattes, nageoires ou ailes rétractables pour naviguer et explorer des environnements réputés difficiles tels que des décombres, le vol avec turbulences ou les fonds marins ?
Un des objectifs de la robotique bio-inspirée est donc d’explorer de nouveaux paradigmes technologiques en reproduisant et expliquant les mécanismes trouvés par le vivant, afin de concevoir une nouvelle génération de robots mieux adaptés aux conditions extrêmes, plus polyvalents et robustes, capables d’interagir entre eux et avec les humains.
Prenons l’exemple des véhicules autonomes terrestres : ils utilisent majoritairement des roues. Ces robots à roues s’enfoncent dans les zones meubles (boues ou sables), perdent de l’adhérence sur les fortes pentes ou restent bloqués devant des obstacles. S’il existe des solutions spécifiques à chacune de ces contraintes, force est de constater que certains animaux peuvent résoudre tous ces problèmes avec une fluidité de mouvement et une économie d’effort qui font rêver les ingénieurs.
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C’est par exemple le cas des serpents qui utilisent une surprenante variété de modes de locomotion pour se déplacer dans le sable (par enroulement latéral ou soulèvement sinusoïdal), prendre appui dans des milieux clos ou fracturés (mode concertina) ou sauter de branche en branche. Cette capacité multimodale de locomotion a motivé le développement de robots serpentiformes. Le premier robot-serpent ACM-III fut conçu en 1972 par Shigeo Hirose dans un laboratoire japonais.
Ces premiers prototypes furent initialement créés dans un but purement académique, mais les biorobots ont depuis investi des milieux réputés inaccessibles pour l’homme : on les utilise aujourd’hui à la suite de tremblements de terre pour retrouver des victimes sous les décombres ou la maintenance des structures off-shore avec la start-up Eelume.
Les origines de la bio-inspiration
Bien que les robots bio-inspirés n’ont fait que très récemment leur apparition dans le milieu militaire, industriel ou grand public, on les retrouve aux origines mêmes de la robotique. En effet, les « animatroniques » ou autres canards de Vaucanson peuplent depuis bien longtemps les cabinets de curiosité.
Le point de bascule entre ces automates et les premiers robots autonomes se joua dans la première moitié du XXe siècle, conjointement à l’émergence de la cybernétique. Cette dernière discipline vise à expliquer et reproduire la complexité des systèmes vivants par des phénomènes de régulations internes. On dota alors les automates chiens ou renards de capacités à réagir en fonction de leur environnement : les premiers robots étaient nés.
Mais cette piste animale va décliner progressivement dans les années 60 au profit d’une robotique robuste et performante au service de la technique pour répondre aux défis de la production industrielle ou de l’exploration spatiale. L’autre raison du déclin est l’incroyable complexité des systèmes vivants encore inaccessible aux technologies de l’époque. Le paradoxe de Moravec illustre bien ce point :
« Le plus difficile en robotique est souvent ce qui est le plus facile pour l’homme. »
Hans Moravec
Ce qui est sous-entendu ici, c’est l’incroyable capacité qu’ont les animaux (dont les humains) à effectuer des tâches simples (se déplacer, détecter et éviter un obstacle) avec un ajustement généralement parfait entre l’objectif et l’action. On sait aujourd’hui que cet accord ne repose pas seulement sur des capacités cognitives (désolé pour ChatGPT), mais sur des synergies complexes entre les structures
…. to be continued
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