Robots d’essaim à quatre pattes —

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  • En tant qu’ingénieur en robotique, Yasemin Ozkan-Aydin, professeure adjointe de génie électrique à l’Université de Notre Dame, s’inspire des systèmes biologiques. Les comportements collectifs des fourmis, des abeilles et des oiseaux pour résoudre des problèmes et surmonter des obstacles sont quelque chose que les chercheurs ont développé en robotique aérienne et sous-marine. Cependant, le développement de robots d’essaim à petite échelle capables de traverser des terrains complexes s’accompagne d’un ensemble unique de défis.

    Dans une recherche publiée dans Robotique scientifique, Ozkan-Aydin explique comment elle a pu construire des robots à plusieurs pattes capables de manœuvrer dans des environnements difficiles et d’accomplir collectivement des tâches difficiles, imitant leurs homologues du monde naturel.

    “Les robots à pattes peuvent naviguer dans des environnements difficiles tels que des terrains accidentés et des espaces restreints, et l’utilisation de membres offre un soutien efficace du corps, permet une maniabilité rapide et facilite le franchissement d’obstacles”, a déclaré Ozkan-Aydin. “Cependant, les robots à pattes sont confrontés à des défis de mobilité uniques dans les environnements terrestres, ce qui entraîne une réduction des performances locomotrices.”

    Pour l’étude, a déclaré Ozkan-Aydin, elle a émis l’hypothèse qu’une connexion physique entre des robots individuels pourrait améliorer la mobilité d’un système collectif terrestre à pattes. Les robots individuels effectuaient des tâches simples ou petites, telles que se déplacer sur une surface lisse ou transporter un objet léger, mais si la tâche dépassait les capacités de l’unité unique, les robots se connectaient physiquement les uns aux autres pour former un système à plusieurs pattes plus grand et collectivement surmonter les problèmes.

    “Lorsque les fourmis ramassent ou transportent des objets, si l’une rencontre un obstacle, le groupe travaille collectivement pour surmonter cet obstacle. S’il y a un espace sur le chemin, par exemple, elles formeront un pont pour que les autres fourmis puissent traverser – et c’est l’inspiration pour cette étude », a-t-elle déclaré. “Grâce à la robotique, nous sommes en mesure de mieux comprendre la dynamique et les comportements collectifs de ces systèmes biologiques et d’explorer comment nous pourrions utiliser ce type de technologie à l’avenir.”

    À l’aide d’une imprimante 3D, Ozkan-Aydin a construit des robots à quatre pattes mesurant 15 à 20 centimètres, soit environ 6 à 8 pouces de long. Chacun était équipé d’une batterie lithium-polymère, d’un microcontrôleur et de trois capteurs – un capteur de lumière à l’avant et deux capteurs tactiles magnétiques à l’avant et à l’arrière, permettant aux robots de se connecter les uns aux autres. Quatre pieds flexibles ont réduit le besoin de capteurs et de pièces supplémentaires et ont donné aux robots un niveau d’intelligence mécanique, ce qui a aidé lors de l’interaction avec un terrain accidenté ou inégal.

    “Vous n’avez pas besoin de capteurs supplémentaires pour détecter les obstacles car la flexibilité des jambes aide le robot à les dépasser”, a déclaré Ozkan-Aydin. “Ils peuvent tester les lacunes d’un chemin, construire un pont avec leur corps ; déplacer des objets individuellement ; ou se connecter pour déplacer des objets collectivement dans différents types d’environnements, similaires aux fourmis.”

    Ozkan-Aydin a commencé ses recherches pour l’étude au début de 2020, lorsqu’une grande partie du pays a été fermée en raison de la pandémie de COVID-19. Après avoir imprimé chaque robot, elle a construit chacun d’eux et a mené ses expériences à la maison, dans sa cour ou au terrain de jeu avec son fils. Les robots ont été testés sur de l’herbe, du paillis, des feuilles et des glands. Des expériences sur terrain plat ont été menées sur des panneaux de particules et elle a construit des escaliers en utilisant de la mousse isolante. Les robots ont également été testés sur de la moquette à poils longs, et des blocs de bois rectangulaires ont été collés sur des panneaux de particules pour servir de terrain accidenté.

    Lorsqu’une unité individuelle était bloquée, un signal était envoyé à des robots supplémentaires, qui se sont reliés entre eux pour fournir un soutien pour traverser avec succès les obstacles tout en travaillant collectivement.

    Ozkan-Aydin dit qu’il y a encore des améliorations à apporter à sa conception. Mais elle s’attend à ce que les résultats de l’étude éclairent la conception d’essaims de pattes à faible coût qui peuvent s’adapter à des situations imprévues et effectuer des tâches de coopération dans le monde réel telles que les opérations de recherche et de sauvetage, le transport collectif d’objets, l’exploration spatiale et la surveillance de l’environnement. Ses recherches se concentreront sur l’amélioration des capacités de contrôle, de détection et de puissance du système, qui sont essentielles pour la locomotion et la résolution de problèmes dans le monde réel – et elle prévoit d’utiliser ce système pour explorer la dynamique collective des insectes tels que les fourmis et les termites. .

    “Pour les systèmes d’essaim fonctionnels, la technologie de la batterie doit être améliorée”, a-t-elle déclaré. “Nous avons besoin de petites batteries qui peuvent fournir plus de puissance, d’une durée idéalement supérieure à 10 heures. Sinon, l’utilisation de ce type de système dans le monde réel n’est pas durable.” Les limitations supplémentaires incluent le besoin de plus de capteurs et de moteurs plus puissants, tout en gardant la taille des robots petite.

    « Vous devez penser à la façon dont les robots fonctionneraient dans le monde réel, vous devez donc penser à la quantité d’énergie requise, à la taille de la batterie que vous utilisez. Tout est limité, vous devez donc prendre des décisions avec chaque partie du machine.”

    Daniel I. Goldman du Georgia Institute of Technology est co-auteur de l’étude.

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    Houssen Moshinaly

    Rédacteur web depuis 2009 et webmestre depuis 2011.

    Je m'intéresse à tous les sujets comme la politique, la culture, la géopolitique, l'économie ou la technologie. Toute information permettant d'éclairer mon esprit et donc, le vôtre, dans un monde obscur et à la dérive.

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