Pourquoi les vers robotiques pourraient un jour creuser sous vos pieds

Bien que les caractéristiques spécifiques varient selon les espèces, de nombreux vers de terre sont d’excellents fouisseurs, et peut se plier facilement.

“Ils sont très flexibles et se déplacent dans des espaces qui peuvent être difficiles d’accès”, commente Elsa Arrázola-Vásquez, qui étudie la gestion des sols à l’Université suédoise des sciences agricoles.

En d’autres termes, les vers de terre peuvent faire des choses que de nombreuses machines ne peuvent toujours pas.

Les progrès dans la réplication robotique de ces fonctions ont été incrémentiels. Il y a eu des innovations dans imitant les soies de vers de terre (soies), qui aident les vers à s’ancrer. De plus, il y a eu des progrès en copiant le fluide dans leurs segments qui, entre autres fonctions, les aident à se déplacer.

Capturer le mouvement distinctif du ver de terre est la dernière avancée.

Dans le groupe Soft Robotics de l’Institut italien de technologie (IIT), des chercheurs ont développé un robot qui se gonfle essentiellement vers l’intérieur et vers l’extérieur sur les côtés pendant qu’il s’étire et se contracte en longueur.

Cette conception est nouvelle, selon Riddhi Das, ingénieur en mécanique à l’IIT, car elle utilise une pression positive et négative pour générer une force dirigée vers l’extérieur et sur la longueur du ver robotique.

L’innovation signifie que sa création représente plus fidèlement le mouvement des muscles d’un ver de terre et permet des mouvements plus variés.

Son robot ver de terre a à peu près la longueur et le poids d’un haltère léger. Il est rempli de gel qui permet aux chercheurs de mieux se rapprocher des mouvements radiaux du ver de terre, par rapport à d’autres types de liquide. Et bien qu’il ne soit pas aussi rapide sur une surface plane que certains modèles précédents, il est capable de se déplacer plus profondément à travers un sol artificiel.

Une personne qui sait à quel point il est difficile de construire un robot de type ver de terre capable de creuser est Yasemin Ozkan-Aydin, ingénieur électricien à l’Université de Notre Dame aux États-Unis.

Elle dit que l’innovation du groupe IIT est “très importante” dans le monde de la robotique, car chaque segment de leur robot ver de terre a la capacité de se développer dans deux directions. Cela lui permet de créer une locomotion de type ver de terre, qui est comme une vague de contraction et d’expansion qui se déplace le long de son corps.

Comme les autres projets de son laboratoire à l’IIT, celui-ci est véritablement bio-inspiré, déclare la biologiste devenue robotique Barbara Mazzolai. Cela signifie que le développement du prototype nécessitait une compréhension fondamentale de la biologie des vers de terre, plutôt que de simplement imiter sa forme.

Et ces principes biologiques devaient apporter une fonction utile au robot. Dans le cas des robots vers de terre bioinspirés, un aspect utile à reproduire est la structure souple mais solide d’un ver de terre.

Une différence clé reste la taille. Avec un diamètre de 4 cm et une longueur de 45 cm, le robot IIT est considérablement plus grand qu’un véritable ver de terre. Les robots vers de terre ont généralement des pompes ou d’autres systèmes de mouvement qui ajoutent à leur volume. Cela limite les applications potentielles en endoscopie (l’utilisation de tubes pour examiner les organes internes).

Pourtant, ce robot n’est pas aussi grand que le robot tunnelier robuste créé par la multinationale GE, l’un des rares robots vers de terre en cours de développement pour des applications commerciales à court terme.

Il s’agit d’un robot autopropulsé, extrêmement flexible et hautement orientable, selon Deepak Trivedi, ingénieur en mécanique chez GE Research.

“Si vous regardez les éléments de base de ces robots, ce sont des muscles artificiels pneumatiques, qui sont essentiellement en caoutchouc avec un maillage de fibres intelligemment conçu autour”, explique M. Trivedi.

Cette ligne de recherche a été inspirée par un appel à solutions de tunnelage tactique de la Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) aux États-Unis.

“Les vers de terre peuvent creuser ce tunnel de manière très discrète”, souligne M. Trivedi. Alors que ce programme Darpa est maintenant terminé, GE continue de travailler avec le département américain de la Défense sur des cas d’utilisation spécifiques dans le tunnelage et la navigation.

Ils recherchent également des clients commerciaux. Leur robot, qui a un diamètre d’environ 10 cm, a la particularité de pouvoir créer ses propres tunnels et d’avoir été testé dans des sols réels de différents types.

Les chercheurs de GE pensent qu’il serait utile pour installer des infrastructures souterraines de services publics, d’une manière moins dommageable pour l’environnement que certains forages conventionnels. Ils visent également un coût inférieur.

« Nous y voyons une véritable opportunité commerciale », déclare John Lizzi, qui dirige la division Robotique et systèmes autonomes chez GE Research. Il pense que les domaines clés comprennent l’Internet par fibre, l’alimentation électrique et l’infrastructure de recharge pour les véhicules électriques.

Cependant, GE est limité dans ce qu’il peut publier et divulguer publiquement sur cette recherche, compte tenu du financement militaire. Et bien sûr, tous les roboticiens ne veulent pas travailler vers des applications militaires.

En dehors de ceux-ci, des robots ressemblant à des vers de terre pourraient également être appliqués dans des domaines tels que l’exploitation minière, la détection agricole et l’excavation planétaire.

Une utilisation particulièrement importante pourrait être dans la recherche et le sauvetage. Le professeur Ozkan-Aydin évoque les récents tremblements de terre qui ont dévasté la Turquie, son pays d’origine. Un petit robot frétillant avec une caméra attachée aurait pu être utile là-bas pour déterminer où concentrer les efforts de sauvetage, sans perturber le sol.

Mais de nombreuses recherches devront d’abord être faites. Certaines caractéristiques essentielles de la biologie des vers de terre – comme le mucus qu’ils sécrètent pour lubrifier leur passage dans le sol et les empêcher de se dessécher – sont difficiles à intégrer dans un robot.

“Parce que c’est un système naturel et qu’il a évolué pendant tant d’années, il est très difficile à reproduire”, reconnaît M. Das de l’IIT.

Ainsi, personne ne confondra l’un de ces robots avec un ver de terre vivant. Et certaines personnes ont été trop optimistes à propos des systèmes bioinspirés dans le passé.

“Je suis un peu déçu que davantage de technologies musculaires artificielles n’aient pas traversé la” vallée de la mort de la R&D “”, admet Kellar Autumn, biologiste au Lewis & Clark College aux États-Unis.

Comme son travail sur les adhésifs inspirés du gecko, il pense que les muscles artificiels suivent la “règle 10/10 de l’innovation” – 10 ans pour découvrir, et 10 autres pour atteindre un marché.

Si ces robots inspirés des vers de terre finissent par atteindre un marché, ils pourraient un jour creuser sous nos pieds, aidant à mettre en place l’équipement qui permet à nos sociétés de fonctionner.