La bio-inspiration : des robots si bêtes

Le monde vivant est le résultat d’une évolution de près de 4 milliards d’années. Des êtres vivants de toutes sortes sont apparus et ont évolué au fil des ans pour s’adapter. Les scientifiques, et en particulier les roboticiens, sont là devant un véritable vivier à idées. Entrez dans la bio-inspiration !

La bio-inspiration est l’étude, la compréhension et l’utilisation des techniques, des “astuces” que la nature utilise, à des fins techniques. Léonard de Vinci la mettait déjà en œuvre lorsqu’il réalisait ses croquis de machine volante basée sur des ailes inspirées de celles des oiseaux. De la même manière, de nombreuses innovations trouvent leur source dans la nature, comme le velcro bio-inspiré des crochets agrippants du fruit de bardane.

Dans le cadre de la robotique, nombreux sont les chercheurs qui étudient, analysent le déplacement, la locomotion présents dans le monde des vivants. Les animaux ont appris à se déplacer en minimisant leur dépense énergétique. Frédéric Boyer, professeur de robotique à l’école des Mines de Nantes, cite à ce sujet l’expérience du poisson mort également appelé “nage passive”. Un poisson mort, lorsqu’il est pris dans un tourbillon, parvient à extraire de l’énergie de son environnement pour avancer. L’animal va interagir avec son environnement pour se déplacer dans les meilleures conditions. C’est l’intelligence incarnée et nous la retrouvons dans notre premier exemple.

Le crotale Sidewinder a une incroyable capacité à grimper les sols fortement inclinés et mous, comme le sable par exemple. Des chercheurs américains de l’université de Carnegie Mellon s’en sont inspirés pour réaliser un robot modulaire adapté à ce type de terrain. Dans ce type de conditions, il est ainsi plus efficace qu’un robot à roues. Le déplacement du sidewinder est très spécifique et bien plus performant que celui des autres serpents. Ce crotale envoie une vague horizontale vers le bas de son corps et dans le même temps, il ondule de haut en bas. Ainsi, les parties du corps sur le terrain repoussent tandis que les boucles en suspension atteignent la pente ascendante où ils font contact pour pousser à leur tour. Sur un terrain plat, ces serpents ont 25% de leur surface en contact avec le sol, mais lorsqu’ils évoluent sur une pente avec une inclinaison de 10°, ce rapport passe à 40%. Le robot a d’abord été programmé sur la base de ces déplacements. Ensuite, il a été optimisé en ajustant les 2 vagues. Il peut ainsi réaliser des mouvements que le serpent n’est pas capable de faire.

Robot serpent sur le sable

Des chercheurs français en biorobotique ont, en début d’année, fait voler un petit drone de 80g et 47cm de long : le BeeRotor. Celui-ci ne possède ni accéléromètre, ni mesure de vitesse ou d’altitude. Sa particularité est de s’inspirer du vol des insectes qui se servent du défilement des images et du flux optique pour se repérer et voir les obstacles. Pour ce faire, BeeRotor est équipé de SEULEMENT 24 photodiodes réparties sur son œil. Ces dernières vont lui permettre de percevoir les contrastes de l’environnement. Comme pour l’insecte, la vitesse de passage d’un élément du décor d’une photodiode à l’autre détermine la vitesse angulaire du défilement. Lorsqu’il augmente, cela correspond soit à une augmentation de la vitesse du robot, soit à une diminution de la distance par rapport aux obstacles. Pour voler, BeeRotor n’a besoin que de 3 boucles de rétroaction. Pour la première fois un aéronef n’utilise pas un accéléromètre pour voler! Cette première réalisation ouvre de grands perspectives pour la suite, tant dans le développement des micro-drones que de celui des instrument de secours à destination des capsules spatiales.

photo beerotor CNRS

La bio inspiration ne porte pas uniquement sur la locomotion et la perception, loin s’en faut! Je vais vous emmener directement dans le champs de l’intelligence artificielle avec l’exemple qui suit. L’étude des insectes sociaux (fourmis, abeilles, termites) a montré que leur comportement repose sur des règles très simples qui permettent des comportements complexes : “Le tout est supérieur à la somme des parties”. Ainsi, les fourmis lorsqu’elles sont en recherche de nourriture vont se déplacer au hasard. Pourtant, dès qu’une fourmi a trouvé de la nourriture, elle va laisser des phéromones sur le trajet pour guider les suivantes. Chacune va faire de même, et au fil du temps, le trajet le plus court sera le plus marqué et sera emprunté par l’ensemble des fourmis. L’étude et la compréhension de ce type de comportement ont permis des applications dans la recherche de chemin optimum comme dans un réseau internet par exemple, mais aussi dans l’optimisation de la circulation dans une ville ou une région. Voici un article qui vous présente un exemple de recherche à partir des insectes sociaux et le transport.

La bio-inspiration est une source inépuisable de créativité. Il y a quelques semaines, c’est l’intelligence que l’homme peut amener dans un robot que j’ai mis en avant. A l’heure actuelle, nous entendons principalement parler de Deep Learning au quotidien, de la même manière que ça avait été le cas pour les champs de l’intelligence artificielle précédemment. Les approches sont multiples, les angles de vue différents. Avec la bio-inspiration, nous entrons dans une démarche qui permet de débloquer des points précis de la compréhension du vivant et de créer de “la vie artificielle”. L’innovation de rupture y a sa place.  La robotique y a trouvé, y trouve et y trouvera des avancées significatives.

Jérôme Damelincourt (@j_damelincourt)
Fondateur de Robopolis, passionné par les robots, l’intelligence artificielle, et les sciences cognitives, je vis mes rêves de robots.

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