En l’espace de plusieurs milliards d’années, les êtres vivants ont développé une grande variété de stratégies pour survivre dans des conditions extrêmes, se déplacer dans des environnements hostiles et percevoir leur environnement complexe grâce à la pression de la sélection naturelle. Paradoxalement, les robots, quant à eux, sont basés sur un ensemble limité de solutions technologiques telles que les roues, les propulseurs, les caméras, etc., qui offrent une gamme d’action relativement restreinte en comparaison. Et si les robots étaient pourvus de pattes, nageoires ou ailes rétractables pour naviguer et explorer des environnements réputés difficiles, tels que des décombres, le vol avec turbulences ou les fonds marins ? OroBOT, un robot développé à l’EPFL, est inspiré d’un fossile reptilien.
L’un des objectifs de la robotique bio-inspirée est donc d’explorer de nouveaux paradigmes technologiques en reproduisant et en expliquant les mécanismes trouvés dans le vivant, afin de concevoir une nouvelle génération de robots mieux adaptés aux conditions extrêmes, plus polyvalents, robustes et capables d’interagir entre eux et avec les humains.
Prenons l’exemple des véhicules autonomes terrestres qui utilisent principalement des roues. Ces robots à roues s’enfoncent dans les zones meubles comme la boue ou le sable, perdent de l’adhérence sur les pentes raides ou restent bloqués devant des obstacles. Bien qu’il existe des solutions spécifiques à chaque contrainte, il est indéniable que certains animaux peuvent résoudre tous ces problèmes avec une fluidité de mouvement et une économie d’efforts qui font rêver les ingénieurs. En 2011, un robot a réussi à grimper à un arbre en imitant le mouvement d’un serpent.
Les premiers prototypes de robots inspirés du vivant ont été créés à des fins académiques, mais les robots bio-inspirés ont depuis été utilisés dans des environnements réputés inaccessibles pour l’homme. Ils sont utilisés, par exemple, pour retrouver des victimes sous des décombres à la suite de tremblements de terre ou pour la maintenance des structures offshore avec la start-up Eelume.
Bien que les robots bio-inspirés ne soient apparus que récemment dans le domaine militaire, industriel ou grand public, ils sont présents dès les origines de la robotique. En effet, les automates animaux comme les canards de Vaucanson ont peuplé depuis longtemps les collections de curiosités. Au cours du XXe siècle, avec l’émergence de la cybernétique, les automates ont été dotés de capacités de réaction en fonction de leur environnement, donnant ainsi naissance aux premiers robots autonomes.
Cependant, cette approche inspirée du monde animal a décliné progressivement dans les années 60 au profit d’une robotique robuste et performante pour répondre aux défis de la production industrielle ou de l’exploration spatiale. La complexité des systèmes vivants était également inaccessible aux technologies de l’époque. L’extraordinaire capacité des animaux, y compris des humains, à accomplir des tâches simples avec un ajustement parfait entre l’objectif et l’action était difficile à reproduire en robotique.
La biorobotique a refait surface dans les années 2000 grâce à l’essor de la puissance de calcul embarquée. Les boucles sensori-motrices artificielles se sont progressivement complexifiées pour reproduire plus fidèlement les performances des systèmes nerveux. Par exemple, des robots nageurs anguiformes inspirés des lamproies sont capables de récupérer leur fonction motrice malgré des dommages subis par les vertèbres artificielles. Ces recherches ouvrent la voie à des robots plus robustes et permettent de mieux comprendre le fonctionnement du système nerveux des vertébrés.
Parallèlement, on a découvert qu’il était possible de profiter de la biomécanique animale pour économiser des tâches cognitives complexes grâce à des éléments morphologiques adaptés. Cette intelligence incarnée dans la morphologie est un levier extraordinaire pour résoudre le paradoxe de Moravec. L’intégration de composants déformables dans les robots, par exemple, permet d’apporter de la résilience dans la structure mécanique ou d’optimiser le transfert d’énergie du corps au mouvement, donnant ainsi naissance à la robotique souple.
Les biorobots, grâce à leur position hybride entre machine et animal, peuvent accomplir des tâches pour lesquelles le vivant excelle, mais qui nécessitent également l’utilisation d’un système mécatronique en raison des contraintes de la mission. Les applications des biorobots sont multiples, même si elles restent encore limitées à des domaines spécifiques. La leçon principale de la robotique bio-inspirée est l’humilité face à la nature. Reproduire le vivant nécessite non seulement une maîtrise des technologies actuelles, mais aussi une forte curiosité pour les avancées récentes en biologie.
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