Chloé Leroy
Les mille-pattes sont connus pour leur marche agitée. Avec des dizaines à des centaines de pattes, ils peuvent traverser n’importe quel terrain sans s’arrêter.
“Quand vous voyez un mille-pattes qui se précipite, vous voyez essentiellement un animal qui habite un monde très différent de notre monde du mouvement”, a déclaré Daniel Goldman, professeur de la famille Dunn à l’École de physique. “Notre mouvement est largement dominé par l’inertie. Si je equilibrium ma jambe, j’atterris sur mon pied et j’avance. Mais dans le monde des mille-pattes, s’ils arrêtent de remuer leurs parties du corps et leurs membres, ils arrêtent de bouger instantanément.”
Intrigué de voir si les nombreux membres pourraient être utiles pour la locomotion dans ce monde, une équipe de physiciens, d’ingénieurs et de mathématiciens du Ga Institute of Technology utilise ce design de mouvement à leur avantage. Ils ont développé une nouvelle théorie de la locomotion à plusieurs pattes et créé des modèles robotiques à plusieurs pattes, découvrant que le robotic avec des pattes redondantes pouvait se déplacer sur des surfaces inégales sans aucune technologie de détection ou de contrôle supplémentaire comme le prévoyait la théorie.
Ces robots peuvent se déplacer sur des terrains complexes et cahoteux – et il est doable de les utiliser pour l’agriculture, l’exploration spatiale et même la recherche et le sauvetage.
Les chercheurs ont présenté leurs travaux dans les articles « Multilegged Make any difference Transportation : A Framework for Locomotion on Noisy Landscapes », dans Science in Could et « Self-Propulsion by means of Slipping : Frictional Swimming in Multilegged Locomotors », dans Proceedings of the National Academy of Sciences en mars.
Une jambe vers le haut
Pour l’article scientifique, les chercheurs ont été motivés par la théorie de la communication du mathématicien Claude Shannon, qui démontre comment transmettre de manière fiable des signaux à distance, pour comprendre pourquoi un robot à plusieurs pattes réussissait si bien à se déplacer. La théorie de la interaction suggère qu’une façon de s’assurer qu’un information passe du point A au issue B sur une ligne bruyante n’est pas de l’envoyer sous forme de signal analogique, mais de le diviser en unités numériques discrètes et de répéter ces unités avec un code approprié.
“Nous nous sommes inspirés de cette théorie et nous avons essayé de voir si la redondance pouvait être utile dans le transportation de la matière”, a déclaré Baxi Chong, chercheur postdoctoral en physique. “Nous avons donc lancé ce projet pour voir ce qui se passerait si nous avions plus de jambes sur le robot : quatre, six, huit jambes et même 16 jambes.”
Une équipe dirigée par Chong, comprenant le boursier postdoctoral de l’École de mathématiques Daniel Irvine et le professeur Greg Blekherman, a développé une théorie qui propose que l’ajout de paires de jambes au robot augmente sa capacité à se déplacer de manière robuste sur des surfaces difficiles – un notion qu’ils appellent la redondance spatiale. Cette redondance permet aux jambes du robotic de réussir par elles-mêmes sans avoir besoin de capteurs pour interpréter l’environnement. Si une jambe faiblit, l’abondance de jambes la maintient en mouvement malgré tout. En effet, le robot devient un système fiable pour se transporter et même transporter une cost de A à B sur des terrains difficiles ou “bruyants”. Le thought est equivalent à la façon dont la ponctualité peut être garantie sur le transport à roues si la voie ou le rail est suffisamment lisse mais sans avoir à concevoir l’environnement pour créer cette ponctualité.
“Avec un robotic bipède avancé, de nombreux capteurs sont généralement nécessaires pour le contrôler en temps réel”, a déclaré Chong. “Mais dans des purposes telles que la recherche et le sauvetage, l’exploration de Mars ou même les micro-robots, il est nécessaire de piloter un robotic avec une détection limitée. Il existe de nombreuses raisons à une telle initiative sans capteur. Les capteurs peuvent être coûteux et fragiles, ou les environnements peuvent changer si rapidement qu’ils ne permettent pas un temps de réponse suffisant entre le capteur et le contrôleur.”
Pour tester cela, Juntao He, un Ph.D. étudiant en robotique, a mené une série d’expériences où lui et Daniel Soto, étudiant à la maîtrise à la George W. Woodruff College of Mechanical Engineering, ont construit des terrains pour imiter un environnement naturel incohérent. Il a ensuite testé le robotic en augmentant son nombre de jambes de deux à chaque fois, en commençant par six et finalement en passant à 16. Au fur et à mesure que le nombre de jambes augmentait, le robotic pouvait se déplacer in addition agilement sur le terrain, même sans capteurs comme le prévoyait la théorie. Finalement, ils ont testé le robot à l’extérieur sur un terrain réel, où il a pu se déplacer dans une variété d’environnements.
“C’est vraiment impressionnant de voir la capacité du robotic à plusieurs pattes à naviguer à la fois sur des terrains de laboratoire et dans des environnements extérieurs”, a déclaré Juntao. “Alors que les robots bipèdes et quadrupèdes dépendent fortement des capteurs pour traverser un terrain complexe, notre robotic à plusieurs pattes utilise la redondance des pattes et peut accomplir des tâches similaires avec un contrôle en boucle ouverte.”
Prochaines étapes
Les chercheurs appliquent déjà leurs découvertes à l’agriculture. Goldman a cofondé une entreprise qui aspire à utiliser ces robots pour désherber les terres agricoles là où les désherbants sont inefficaces.
“Ils sont un peu comme un Roomba mais à l’extérieur pour un terrain complexe”, a déclaré Goldman. “Un Roomba fonctionne parce qu’il a des roues qui fonctionnent bien sur un sol plat. Jusqu’au développement de notre cadre, nous ne pouvions pas prédire avec certitude la fiabilité de la locomotion sur un terrain cahoteux, rocheux et encombré de débris. Nous avons maintenant les débuts d’un tel schéma, qui pourrait être utilisé pour s’assurer que nos robots traversent un champ cultivé dans un certain laps de temps.”
Les chercheurs veulent également affiner le robot. Ils savent pourquoi le cadre du robotic mille-pattes est fonctionnel, mais maintenant ils déterminent le nombre exceptional de jambes pour obtenir un mouvement sans détection d’une manière qui soit rentable tout en conservant les avantages.
“Dans cet article, nous avons demandé : ‘Comment prédisez-vous le nombre bare minimum de jambes pour accomplir de telles tâches ?'”, a déclaré Chong. “Actuellement, nous prouvons seulement que le nombre bare minimum existe, mais nous ne connaissons pas le nombre specific de jambes nécessaires. De as well as, nous devons mieux comprendre le compromis entre l’énergie, la vitesse, la puissance et la robustesse dans un système aussi complexe.”
