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Archive pour la catégorie ‘Biomimétisme’

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[image: EvoLogics]

Il n’y a rien de nouveau à vouloir prendre des méthodes de la nature et d’essayer de l’appliquer à nos inventions. À première vue, ça semble quand même une bonne idée. Après tout, les systèmes vivants de la nature sont le résultat de millions d’années d’optimisation Darwinienne.

Il existe plusieurs robots qui mimiquent la nature: un robot-gecko, des fourmis, une méduse, une salamandre, un serpent, etc. Dans un fort intéressant podcast de Talking Robots, Rudolf Bannasch explique son approche pour s’inspirer de la nature afin de créer des technologies novatrices. Il est d’abord biologiste, puis professeur de bionique à l’Université Technique de Berlin et plus récemment entrepreneur fondateur de EvoLogics. Il définit la bionique comme “l’étude des résultats de l’évolution du point de vue de l’ingénierie.” Voici les leçons de Bannasch:

  • Comme l’ont appris à la dure les pionniers de l’aviation il faut éviter de copier systématiquement la nature. Rappelons-nous les hommes-chauve-souris qui faisaient au mieux des sauts de crapauds… Il est préférable d’extraire les principes de fonctionnement puis de les appliquer à des échelles propres à notre application, avec des matériaux disponibles. Si on les comprend bien, ces principes peuvent ensuite être utilisés dans des applications qui s’éloignent de l’inspiration initiale. Par exemple, il a utilisé un principe découvert dans les nageoires de poissons pour créer des préhenseurs robotiques qui s’adaptent à la forme de l’objet.
  • La bionique est par définition multidisciplinaire. La biologie, la physique, le contrôle et les matériaux y sont tous importants. Il faut comprendre leurs différents effets à l’intérieur du principe qu’on essaie d’isoler. L’étude judicieuse permet d’intégrer de l’intelligence à même la structure, pour ensuite faciliter le contrôle. En fait, cette approche est aussi préconisée au Laboratoire de robotique de l’Université Laval où je travaille.
  • La bionique n’est pas une solution ultime. Elle n’est qu’une approche de design. Elle peut ouvrir l’esprit et donner un point de départ dans la recherche de solutions. Selon le professeur, “la nature présente des solutions optimales pour certaines conditions initiales et certaines contraintes.” Pour l’ingénieur, ces contraintes peuvent être toutes autres. Par exemple, un oiseau doit pouvoir plier ses ailes une fois au sol pour ne pas accrocher tout autour de lui. Pour une avion, c’est moins important.

Parmi ses réalisations, notons un robot-raie, un robot-pingouin, un modem qui chante comme les dauphins pour pouvoir communiquer de façon plus robuste sous l’eau, des turbines plus efficaces inspirées du contour d’un profil d’aile d’oiseau (photo) et un bras de robot humanoïde. À son avis, la collaboration humain-robot sécuritaire représente un des plus grands défis à venir en robotique. Il pense que l’utilisation de systèmes mécaniquement intelligents utilisant des structures flexibles est une piste de solution intéressante.

Pleo
(image: make)

Pleo est une réplique robotique d’un dinosaure qui a réellement existé, la camarasaure. Pleo est conçu pour devenir un animal de compagnie pour les jeunes et les familles. Il perçoit des stimulus, évolue, exprime des émotions et communique avec les autres individus de son espèce. Tout est fait pour qu’il air l’air en vie.

Pour ce faire, Pleo possède une trentaine de capteurs pour la vue, l’ouïe, le toucher, la détection d’objet dans sa mâchoire, la force dans ses articulations, etc. Toute cette information est traitée par un système d’opération vital, un réseau de neurones qui s’adapte selon les interactions de Pleo avec son entourage. Soyez gentil avec lui et il sera affectueux, donnez-lui un coup sur la tête et il sera furieux puis vous en voudra pendant un moment.

Son créateur, Caleb Chung, présente une feuille de route assez originale. Avant de donner la vie à des jouets, il a été mime, puis travaillé à des effets spéciaux pour le cinéma. Il est le co-créateur du Furby, un jouet électronique qui s’est vendu à plus de 40 millions d’exemplaires.

Pleo avait été annoncé en 2006. Il devait même être disponible commercialement pour Noël passé, alors qu’il ne l’est pas encore. Hier, comme tous ceux inscrits à la liste de diffusion de la compagnie Ugobe, j’ai reçu un courriel me suggérant de surveiller ma boîte de réception le mois prochain pour connaître en primeur la date de lancement. Il y avait dans le message l’image suivante de l’emballage du dinosaure. Donc Pleo devrait arriver dans un Toys’r'us près de chez vous très bientôt… si tout va bien.

boite du pleo

Voir un vieux vidéo de Pleo ici.

linuxBot

L’évolution animale s’est déroulée sur de longues périodes et on ne peut pas l’observer pour plusieurs espèces. On peut toujours la simuler par ordinateur, mais l’approche a ses limites. Laurent Keller, un biologiste spécialisé dans l’étude de l’évolution, discutait dans un récent podcast de “Talking Robots” de l’utilisation de populations de robots pour étudier l’évolution. Il y voit une méthode intéressante de comprendre l’interaction à l’intérieur et entre les espèces. Le plus grand défi, à son avis, consiste à trouver des personnes compétentes en biologie et en robotique pour les faire collaborer.

Il semble qu’une telle équipe dirigée par Alan FT Winfield vient de se former en Angleterre. Une annonce récente de subvention a donné le coup d’envoi du projet “Émergence de la culture artificielle dans des sociétés de robots”. Le groupe est formé d’ingénieurs, de biologistes, d’un philosophe et de théoriciens de la culture. La question profonde à laquelle ils veulent répondre est “comment la culture émerge et évolue à l’intérieur d’un groupe d’animaux sociaux?”

Pour y répondre, ils comptent placer dans un écosystème artificiel quelques dizaines de robots programmés avec certains comportements et capable d’interagir entre eux. Par exemple, ils copieront certains comportements de leurs congénères, à leur choix. À mesure que l’expérience avancera, les comportements évolueront. Les chercheurs pensent voir l’émergence de nouveaux comportements propres au groupe, une proto-culture, au cours de l’expérience. Il s’agit d’une expérience qui ne serait pas aussi réaliste si elle n’était que simulée. On lit à ce propos dans la description du projet:

Les hétérogénéités de vrais robots, ainsi que le bruit et les incertitudes du monde réel, augmentent considérablement les possibilités et la portée d’interactions inattendues entre les robots.

Avis aux intéressés, le professeur Winfield recherche des étudiants au doctorat.

Source: InternetActu

robot salamandre

Depuis quelques semaines, j’écoute le très intéressant podcast Talking Robots, qui présente des entrevues réalisées par un étudiant de l’EPFL Markus Waibel. Cette semaine, l’invité Auke Ijspeert parle d’un robot salamandre qui a été développé au Biologically Inspired Robotics Group.

Ce projet est à la rencontre de la robotique, de l’évolution et de la neurobiologie. Il est d’ailleurs l’évolution du robot lamproie qu’ils avaient déjà développé. L’évolution s’est faite en remplaçant certains modules par d’autres possédant des pattes. Le robot ne constitue pas une fin en soi. Son but premier est de valider des modèles neuro-biologiques qui expliquent la locomotion des animaux. Plus spécifiquement, leurs recherches visaient à répondre:

  • Comment la locomotion est contrôlée chez les amphibies comme la salamandre?
  • Comment les circuits nerveux de locomotion primitifs de la nage (comme ceux de la lamproie) se sont complexifiés pour permettre la marche?

Ijspeert cite des chercheurs ayant effectué des expériences sur des chats. Ceux-ci ont prouvé que la locomotion simple ne nécessite pas d’information sensorielle. Ils ont débranché le cerveau du système de locomotion (cruel, en effet), puis ont excité ce dernier avec un signal externe. Le chat marchait presque normalement. À mesure que le signal augmentait en amplitude, le chat marchait de plus en plus vite. Au-dessus d’un certain seuil, le chat changeait de type de démarche.

Le “circuit” nerveux qui gère l’amplitude du signal pour produire la locomotion chez les animaux se nomme un “Central Pattern Generation Module” (CPG, je ne sais pas ce que c’est en français). Un tel circuit a été implanté dans le robot salamandre à l’EPFL. Comme vous voyez sur la photo, le robot est constitué de plusieurs modules. Ils sont synchronisés pour faire déplacer le robot grâce au CPG intégré dans le robot. La modulation du signal du CPG se fait sans fil à partir d’un ordinateur. Ainsi, une commande simple de haut niveau est envoyée au robot. Selon l’amplitude de la commande, la vitesse ou le type (nage ou marche) de locomotion change.

Selon l’interviewé, il existe plusieurs robots marcheurs et quelques robots nageurs. Cependant, la transition entre les deux types de démarches est rarement rencontrée. En fait, leur robot peut même se déplacer d’une troisième façon, soit comme un serpent. Les prochaines versions présenteront plus d’articulations dans la colonne pour améliorer la nage de la salamandre. Ensuite, les articulations seront modifiées afin de permettre à la colonne de plier dans l’autre direction pour passer par-dessus des objets. Bref, l’évolution n’est pas terminée!

Stickybot

Allez voir ce vidéo de Stickybot préparé pour la conférence ICRA 2007 qui aura lieu ce printemps, c’est beau à voir! Le petit lézard (2 pi de long) robotique est la création d’une équipe muti-diciplinaire dirigées par le biologiste Robert J. Full et l’ingénieur Mark Cutkosky de l’Université Stanford .

Il peut monter à la verticale sur une surface lisse grâce à son design et à son contrôle unique:

  • Centre de masse très près du mur.
  • Colonne vertébrale très flexible selon l’axe perpendiculaire au mur pour faciliter de grandes enjambées avec les petites pattes.
  • Adhésion anisotropique des pattes pour contrôler l’adhérence, puis le décollement des pattes. Celles-ci sont couvertes de “poils” en polymère spécialement fabriqués qui transfèrent les forces de cisaillement de la surface vers la cheville.
  • Contrôle de la force combiné à du sous-actionnement afin de distribuer les forces dans les pattes et d’éviter les concentration de contraintes.

Stickybot et son cousin Spinybot (pour les surfaces non lisses) sont issus du projet RISE et sont financés en partie par le programme Byodinotics du DARPA.

Pour clarifier le sujet d’entrée de jeu, il ne s’agit pas ici d’une réplique de Kalyna Roberge que Honda aurait pu faire. Quoique ce serait intéressant qu’un laboratoire de robotique canadien conçoive un robot capable de patiner sur la glace. La couverture de presse d’une telle réussite serait assurée, j’en suis certain.

Je parle plutôt ici d’une patineuse, l’insecte aux longues pattes qui se déplace à la surface de l’eau. Le labo de nano-robotique de Carnegie-Mellon a développé un prototype qui mimique l’insecte et qui est capable de se mouvoir sur l’eau.

Comme l’insecte, le robot flotte grâce à la tension de surface du liquide sur lequel il se trouve. Ce phénomène physique se manifeste de plusieurs façons et intervient entre autre dans l’explication de la célèbre expérience du Mentos-Coke-Diet.

L’eau se déforme sous le poids de l’objet sans briser sa surface. Cette déformation provoque une force vers le haut qui compense le poids. La patineuse naturelle réussit à ne pas briser la surface de l’eau grâce à de très longues pattes couvertes de cils hydrophobes. Sa version robotique a aussi de très longues pattes et les cils sont remplacés par du téflon. Comme le savent les pêcheurs à la mouche qui enduisent leurs lignes et leurs mouches de cette substance, le téflon est une substance hydrophobe.

La capacité de flotter à la surface était le premier défi à rencontrer par l’équipe de chercheurs. Le second était de pouvoir actionner les pattes afin que la patineuse se déplace. Pour ce faire, les pattes du milieux sont actionnées grâce à un crystal piézo-électrique. C’est ce matériau qui était utilisé pour lire les disques vyniles de papa-maman hippies. Dans cette application, sa déformation provoquait un courant qui était amplifié dans les haut-parleurs. Pour actionner les pattes de la patineuse, c’est l’inverse qui se produit. Un courant est envoyé à la fréquence de résonance du crystal pour le faire osciller. L’arrangement mécanique provoque un mouvement en ellipse du bout de la patte, ce qui permet au robot de patiner. Pour le voir en action et lire les publications, visitez la page du projet.