A l’heure de l’automatisation et de la numérisation, la robotique connait un réel essor. Conçu pour déplacer des charges lourdes ou bien pour opérer avec précision, les robots sont de plus en plus présents au cœur de tous les processus industriels.

Pour développer un robot, trois grandes notions doivent être prises en compte : la perception de l’environnement, la précision du mouvement et la rapidité d’action.
En effet, pour évoluer dans un environnement, il faut pouvoir l’analyser. Une fois l’environnement connu, une décision peut être prise. Sa réalisation doit alors être la plus précise et la plus rapide possible.

Chez l’humain, les yeux sont en grande partie responsables de l’analyse de l’environnement, d’où l’utilisation de capteurs optiques sur les robots. Pourtant d’autres solutions existent comme par exemple les moustaches chez le chat. La nature a ainsi donné à chaque espèce la capacité d’analyser son environnement en fonction de ses besoins.

Bien conscient de l’apport de la bio-inspiration, le CNRS a développé un système de repérage issu de certaines fourmis du désert (Cataglyphis) pour développer AntBot, un robot qui se déplace sans GPS. Ces fourmis sont capables de balayer toute une zone pour trouver leur nourriture, puis de rentrer en ligne droite à leur fourmilière. Ce remarquable sens de l’orientation est possible grâce à deux éléments : une boussole céleste donnant le cap en fonction de la lumière polarisée du soleil et un compteur de pas. En reproduisant ce système, AntBot explore une zone étendue et revient à sa base avec une précision de 1 cm pour une distance parcourue de 14 m

Source : http://www.cnrs.fr/fr/node/3483

En termes de localisation, la chauve-souris est aussi une réelle source d’inspiration. Pour traquer sa nourriture dans le noir, elle utilise le principe d’écholocalisation (sonar). La chauve-souris émet des ondes ultrasons et reçoit leur écho. Cela lui permet de cartographier l’espace et de suivre sa proie. Fort de ce modèle, des scientifiques de l’université de Tel Aviv ont développé un robot complètement autonome, capable de cartographier un espace seulement grâce à l’écholocalisation.

Source : pixabay.com

Les oiseaux et les insectes volants ont également inspiré le CNRS pour concevoir le drone Quad-Morphing. Celui-ci change de forme pour éviter les obstacles. En effet, la configuration « rigide » des drones est limitante lorsqu’il est nécessaire de se faufiler dans des passages étroits. La solution existe dans la nature. Lorsqu’un obstacle est présent sur la trajectoire d’un oiseau, celui-ci change sa morphologie pour le contourner.

Source : https://www.futura-sciences.com/tech/actualites/drone-premiere-mondiale-ce-drone-modifie-forme-plein-vol-faufiler-71475/

Boston Dynamic a conçu Cheetah (guépard), le robot terrestre le plus rapide au monde. L’imitation de la colonne vertébrale flexible du félin lui permet une hyperextension et une coordination des jambes extrêmement synchrones. Sa vitesse atteint 12,65 m/s soit plus rapide que Usain Bolt (12,42 m/s).

Source : https://www.youtube.com/watch?v=DMPUoOqAH3I

La rapidité d’un robot concerne le déplacement de celui-ci, mais aussi la vitesse de transmission des informations et d’apprentissage du robot. L’exemple phare est l’intelligence artificielle et notamment les réseaux de neurones. Basés sur le processus d’apprentissage du cerveau humain, des réseaux de neurones informatiques sont aujourd’hui largement déployés. 

Un robot possédant ce type d’intelligence artificielle optimise sa prise de décision. Elle est plus rapide et donc plus efficace.

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Attraper une framboise entre nos doigts sans l’écraser, nous semble simple et pourtant réaliser la même action par un robot relève soit d’un long calibrage soit d’un exploit. En effet, notre dextérité est d’une extrême précision et c’est notre peau qu’il faut remercier pour cela. Les capteurs contenus dans celle-ci identifient avec précision la direction et la norme d’une force. Ils envoient alors un message aux muscles pour adapter le mouvement. Pour augmenter la dextérité des robots, des chercheurs de l’université de Stanford (SOURCE) ont développé une peau électronique. L’e-skin, montée sur un bras robotisé, a permis de se rapprocher de l’exploit : toucher la framboise sans l’écraser. Nombreuses sont les applications haptiques possibles pour cette e-skin : robot domestique, robot chirurgical, etc.

Source : https://robotics.sciencemag.org

S’inspirer de la structure du squelette de certains animaux pour permettre de nouvelles méthodes de préhension, c’est l’hypothèse faite par l’université de Clemson. En étudiant le squelette de l’hippocampe, ils se sont rendus compte que la forme géométrique de ses vertèbres permet de saisir facilement des objets. Une meilleure préhension est un axe significatif dans le domaine de la chirurgie, un outil qui ne bouge pas de son socle, c’est un geste plus net et donc plus précis.

Les robots sont désormais capables d’appréhender leur environnement ainsi que prendre des décisions rapides et précises en fonction de celui-ci. Un point reste primordial, dans la quête de mobilité des robots : celui de l’autonomie. La bio-inspiration peut aussi répondre à cette problématique cruciale.

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En effet, des chercheurs de l’université Cambridge ont trouvé un élément de réponse au plus près de nous : notre intestin. Le prototype d’une batterie lithium-soufre inspiré par l’intestin humain offre jusqu’à 5 fois la densité énergétique des batteries lithium-ion (celles utilisées dans les smartphones et ordinateurs portables). La structure des électrodes imitant la forme des muqueuses intestinales permet de capturer les polysulfures lorsque la batterie se charge et se décharge. Cette solution pourra permettre la commercialisation de ce type de batterie qui avaient une durée de vie limitée jusqu’à présent.

Source : https://www.lci.fr/sciences/

Par ailleurs, Boeing et la NASA ont trouvé un moyen de réduire considérablement la consommation de carburant. La formation de vol en V opérée par les bernaches du Canada permet d’optimiser l’aérodynamisme global du convoi . L’objectif est de créer des formations d’avions capables d’avancer ensemble sans collision. Les technologies de détection d’obstacles et de navigation étant déjà utilisées sur les avions actuels, la baisse de consommation de carburant est effective sans aucun ajout de technologie.

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