L’ingénierie d’un robot capable de sauter de 10 pieds de haut – sans jambes

Jason Maderer | Gatech

L’étude d’un parasite plus fin qu’un cheveu humain, capable de sauter et de plier le corps, a conduit les ingénieurs de Georgia Tech à créer un robot souple capable de sauter en avant et en arrière.

S’inspirant des mouvements d’un minuscule ver parasite, des ingénieurs de Georgia Tech ont créé un robot souple de 5 pouces capable de sauter aussi haut qu’un panier de basket. Leur appareil, une tige de silicone avec une colonne vertébrale en fibre de carbone, peut sauter de 3 mètres de haut même s’il n’a pas de jambes. Les chercheurs l’ont conçu après avoir visionné des vidéos à grande vitesse de nématodes se pinçant pour prendre des formes bizarres afin de se projeter en avant et en arrière.

Les chercheurs ont décrit le robot mou le 23 avril dans la revue Science Robotics. Selon eux, leurs découvertes pourraient contribuer à la mise au point de robots capables de sauter sur des terrains variés, à des hauteurs différentes et dans des directions multiples.

« Les nématodes sont des créatures étonnantes dont le corps est plus fin qu’un cheveu humain », explique Sunny Kumar, coauteur principal de l’article et chercheur postdoctoral à l’école d’ingénierie chimique et biomoléculaire (ChBE). « Ils n’ont pas de jambes mais peuvent sauter jusqu’à 20 fois la longueur de leur corps. C’est comme si je m’allongeais et que je sautais sur un immeuble de trois étages ».

Les nématodes, également connus sous le nom de vers ronds, comptent parmi les créatures les plus abondantes sur Terre. Ils vivent dans l’environnement et à l’intérieur des humains, d’autres vertébrés et des plantes. Ils peuvent provoquer des maladies chez leur hôte, ce qui peut parfois être bénéfique. Par exemple, les agriculteurs et les jardiniers utilisent des nématodes au lieu de pesticides pour tuer les insectes envahissants et protéger les plantes.

Les nématodes s’accrochent à leur hôte avant de pénétrer dans leur corps en sautant. À l’aide de caméras à grande vitesse, Victor Ortega-Jimenez, auteur principal de l’étude et ancien chercheur à Georgia Tech, aujourd’hui membre de la faculté de l’université de Californie à Berkeley, a observé les créatures donner à leur corps différentes formes en fonction de l’endroit où elles voulaient se rendre.

« Il m’a fallu plus d’un an pour mettre au point une méthode fiable permettant de faire sauter ces minuscules vers à partir d’un morceau de papier et de les filmer pour la première fois dans les moindres détails », explique M. Ortega-Jimenez.

Pour sauter en arrière, les nématodes pointent leur tête vers le haut tout en serrant le milieu de leur corps pour créer un pli. La forme est similaire à celle d’une personne en position accroupie. À partir de là, le ver utilise l’énergie stockée dans sa forme contorsionnée pour se propulser vers l’arrière, d’un bout à l’autre, comme le ferait un gymnaste en faisant un saut périlleux arrière.

Pour sauter vers l’avant, le ver dirige sa tête tout droit et crée un pli à l’extrémité opposée de son corps, pointant haut dans les airs. La position est similaire à celle d’une personne qui se prépare à effectuer un saut en largeur debout. Mais au lieu de sauter en ligne droite, le ver se catapulte vers le haut.

« Changer leur centre de masse permet à ces créatures de contrôler la façon dont elles sautent. Nous ne connaissons aucun autre organisme à cette échelle minuscule capable de sauter efficacement dans les deux sens à la même hauteur », a déclaré M. Kumar.

Et elles y parviennent même si leur corps est pratiquement noué.

« Les nœuds sont généralement des obstacles », explique Ishant Tiwari, chercheur postdoctoral au ChBE et principal coauteur de l’étude. « Les vaisseaux sanguins pliés peuvent entraîner des accidents vasculaires cérébraux. Les pailles pliées ne valent rien. Les tuyaux pliés coupent l’eau. Mais un nématode plié stocke de l’énergie qu’il utilise pour se propulser dans l’air ».

Après avoir visionné les vidéos, l’équipe a créé des simulations des nématodes sauteurs. Ils ont ensuite construit des robots souples pour reproduire le comportement des vers sauteurs, puis les ont renforcés avec des fibres de carbone pour accélérer les sauts.

Kumar et Tiwari travaillent dans le laboratoire du professeur associé Saad Bhamla. Ils ont collaboré au projet avec Ortega-Jimenez et des chercheurs de l’université de Californie, à Riverside.

Le groupe a découvert que les plis permettent aux nématodes d’emmagasiner plus d’énergie à chaque saut. Ils la libèrent rapidement – en un dixième de milliseconde – pour sauter, et ils sont suffisamment résistants pour répéter le processus plusieurs fois.

L’étude suggère que les ingénieurs pourraient créer des systèmes élastiques simples en fibre de carbone ou en d’autres matériaux qui pourraient résister et exploiter les courbures pour sauter sur différents terrains.

« Un robot sauteur a récemment été envoyé sur la lune, et d’autres robots sauteurs sont en cours de création pour aider les missions de recherche et de sauvetage, où ils doivent traverser des terrains et des obstacles imprévisibles », a déclaré M. Kumar. « Notre laboratoire continue de trouver des façons intéressantes dont les créatures utilisent leur corps unique pour faire des choses intéressantes, puis de construire des robots pour les imiter ».

Légende illustration : Les robots mous inspirés des nématodes sont constitués de tiges de silicone avec des épines en fibre de carbone. (Photo : Candler Hobbs)

Kumar S, Tiwari I, Ortega-Jimenez V, Dillman A, He D, Hu Y, and Bhamla S, Reversible kink instability drives ultrafast jumping in nematodes and soft robots, Science Robotics 2025. 10.1126/scirobotics.adq3121