Les tortues inspirent un robot capable de nager sous le sable

Plongeons dans un univers où la technologie se mêle à l’étonnante ingéniosité de la nature pour donner naissance à une invention sans précédent. Faisant fi des limites habituelles de la robotique, ce spécimen unique est capable de voyager sous le sable, une prouesse inspirée par le monde animal.

Notre protagoniste mécanique, qui doit ses capacités à deux membres antérieurs imitant les nageoires surdimensionnées des petites tortues, est le seul robot capable de se déplacer dans le sable à une profondeur de 12 centimètres. Sa vitesse, certes modeste, atteint tout de même 1,2 millimètre par seconde, soit environ 4 mètres par heure, une allure similaire à celle d’autres animaux souterrains tels que les vers ou les coquillages.

Ce robot est doté de capteurs de force à l’extrémité de ses membres, lui permettant de détecter les obstacles en mouvement. Il peut fonctionner sans fil et être contrôlé via le WiFi.

Se mouvoir dans le sable présente de nombreux défis pour une machine, notamment une résistance accrue comparée à l’air ou à l’eau, et une usure plus rapide. Cependant, maîtriser la locomotion dans le sable ouvre des perspectives intéressantes, telles que l’inspection de silos à grain, la mesure de contaminants dans le sol, le creusement du plancher océanique, l’exploration extraterrestre et les opérations de recherche et de sauvetage.

La conception inspirée par la nature

Cette création est le fruit de nombreuses expériences menées par une équipe de roboticiens de l’Université de Californie à San Diego pour mieux comprendre la locomotion dans le sable. Ce milieu est particulièrement difficile à appréhender à cause des forces importantes générées par le frottement entre les grains de sable, la détection d’obstacles, et le changement de comportement du sable qui peut passer d’un état solide à un état liquide selon le contexte.

Pour développer un robot capable de nager dans le sable et de s’y extraire, l’équipe a étudié différents animaux. Ils se sont finalement inspirés des jeunes tortues de mer, dont les nageoires avant surdimensionnées leur permettent de remonter à la surface après l’éclosion. Ces nageoires en forme de pelle peuvent générer de grandes forces propulsives, permettre au robot de diriger ses mouvements et potentiellement détecter les obstacles.

Un design optimisé

La compréhension du déplacement des robots à nageoires dans le sable reste incomplète. L’équipe de recherche a donc mené de nombreuses simulations et tests pour finalement opter pour un corps effilé et un nez en forme de pelle.

« Nous devions construire un robot à la fois robuste et aérodynamique », a déclaré Shivam Chopra, auteur principal de l’article décrivant le robot dans la revue Advanced Intelligent Systems et doctorant dans le groupe de recherche du professeur Nick Gravish à l’École d’ingénierie Jacobs de l’UC San Diego.

Le robot détecte les obstacles en surveillant les changements de couple générés par le mouvement de ses nageoires. Il peut détecter les obstacles au-dessus de son corps, mais pas en dessous ou directement devant lui.

Une stabilité garantie

Afin de maintenir le robot à une profondeur constante dans le sable, les chercheurs ont conçu deux surfaces en forme d’aile, qu’ils appellent « terrafoils« , sur les côtés du nez du robot. Ceci leur a permis de contrôler la portance, car le robot avait tendance à garder son nez pointé vers la surface.

Le robot a été testé dans un réservoir de 1,5 mètre de long en laboratoire, ainsi qu’à La Jolla Shores, une plage proche du campus de l’UC San Diego. Les chercheurs ont découvert que le robot ralentissait dans le sable mouillé, qui offre plus de résistance.

Les prochaines étapes incluent l’augmentation de la vitesse du robot et la possibilité de lui permettre de s’enfouir réellement dans le sable, en plus de s’en extraire.

En synthèse

Grâce à une étude minutieuse de la nature et une approche ingénieuse de la robotique, les chercheurs ont conçu un robot unique capable de nager et de s’enfouir sous le sable. Malgré les défis considérables liés à ce type de locomotion, ce robot ouvre de nouvelles perspectives pour divers domaines, tels que l’inspection de structures, la mesure de contaminants dans le sol, l’exploration spatiale et les opérations de sauvetage. L’augmentation de sa vitesse et sa capacité à s’enfouir davantage dans le sable sont les prochains défis que les chercheurs ont hâte de relever.

Pour une meilleure compréhension

Comment ce robot est-il capable de nager dans le sable ?

Le robot utilise des nageoires inspirées de celles des jeunes tortues de mer pour se déplacer dans le sable. Ces nageoires génèrent des forces propulsives qui lui permettent de nager et de s’enfouir.

Quels sont les avantages d’un robot capable de se déplacer dans le sable ?

Ce robot pourrait être utilisé pour l’inspection de structures, la mesure de contaminants dans le sol, l’exploration spatiale, et les opérations de recherche et de sauvetage.

Quels sont les défis liés à la création d’un tel robot ?

Le robot doit faire face à une résistance accrue comparée à l’air ou à l’eau, et s’user plus rapidement. De plus, le sable est un milieu complexe qui peut passer d’un état solide à un état liquide selon le contexte.

Quelles sont les prochaines étapes pour ce robot ?

Les chercheurs envisagent d’augmenter la vitesse du robot et de lui permettre de s’enfouir davantage dans le sable.

Ce travail est partiellement soutenu par l’Office of Naval Research et a été présenté dans le numéro du 12 mai 2023 de la revue Advanced Intelligent Systems.