La danse des ailes : comment les robots dévoilent l’histoire du vol insecte

La danse des ailes : comment les robots dévoilent l'histoire du vol insecte

Des robots conçus par des ingénieurs de l’Université de Californie ont contribué à une meilleure compréhension de l’évolution du vol chez les insectes. C’est le fruit d’une collaboration de six ans entre des roboticiens de l’UC San Diego et des biophysiciens de l’Institut de technologie de Géorgie.

Les chercheurs se sont penchés sur l’évolution des deux modes de vol différents chez les insectes. La plupart des insectes utilisent leur cerveau pour activer leurs muscles de vol à chaque battement d’ailes, tout comme nous activons les muscles de nos jambes à chaque pas.

Ce mode de vol est appelé vol synchrone. Cependant, certains insectes, comme les moustiques, sont capables de battre des ailes sans que leur système nerveux commande chaque battement. Au lieu de cela, les muscles de ces animaux s’activent automatiquement lorsqu’ils sont étirés. Ce mode de vol est appelé vol asynchrone.

Une évolution commune du vol asynchrone

Le vol asynchrone est courant chez certains insectes des quatre principaux groupes d’insectes, leur permettant de battre des ailes à grande vitesse. Par exemple, certains moustiques peuvent battre des ailes plus de 800 fois par seconde.

Pendant des années, les scientifiques ont supposé que les quatre groupes d’insectes – abeilles, mouches, coléoptères et punaises (hémiptères) – avaient tous évolué séparément vers le vol asynchrone.

Cependant, une nouvelle analyse réalisée par l’équipe du Georgia Tech conclut que le vol asynchrone a en réalité évolué conjointement chez un ancêtre commun. Certains groupes d’espèces d’insectes sont ensuite revenus au vol synchrone, tandis que d’autres sont restés asynchrones.

Des robots construits par des ingénieurs de l’université de Californie à San Diego ont contribué à une avancée majeure dans la compréhension de l’évolution du vol des insectes, décrite dans le numéro du 4 octobre 2023 de la revue Nature. L’étude est le fruit d’une collaboration de six ans entre des roboticiens de l’UC San Diego et des biophysiciens du Georgia Institute of Technology.

L’apport de la robotique pour comprendre l’évolution

Pour étudier ces questions d’évolution synchrone et asynchrone, les chercheurs ont utilisé des robots qui leur ont permis de réaliser des expériences impossibles à effectuer sur des insectes. Par exemple, ils ont équipé les robots de moteurs pouvant imiter des combinaisons de muscles synchrones et asynchrones et ont testé les transitions qui auraient pu se produire au cours des millions d’années d’évolution du vol.

Des chercheurs dirigés par Nick Gravish, membre de la faculté du département d’ingénierie mécanique et aérospatiale de l’université de San Diego, ont construit un petit robot à clapet fonctionnant dans l’air. Crédit : Erik Jepsen/University of California San Diego

Ce travail met en lumière le potentiel de la robophysique, qui consiste à utiliser des robots pour étudier la physique des systèmes vivants.

En synthèse

Les expériences menées avec des robots et des modélisations ont aidé les chercheurs à tester comment un insecte pourrait passer d’un vol synchrone à un vol asynchrone et vice versa. Les résultats montrent qu’un insecte pourrait effectuer cette transition de manière progressive et fluide. Les prochaines étapes du point de vue de la robotique consisteront à travailler avec des scientifiques des matériaux pour équiper les robots d’ailes avec des matériaux similaires aux muscles.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que le vol synchrone et asynchrone chez les insectes ?

Le vol synchrone est un mode de vol où les insectes utilisent leur cerveau pour activer leurs muscles de vol à chaque battement d’ailes. Le vol asynchrone, en revanche, permet à certains insectes de battre des ailes sans que leur système nerveux commande chaque battement, les muscles s’activent automatiquement lorsqu’ils sont étirés.

2. Comment les robots ont-ils aidé à étudier l’évolution du vol chez les insectes ?

Les chercheurs ont utilisé des robots pour réaliser des expériences impossibles à effectuer sur des insectes. Ils ont équipé les robots de moteurs pouvant imiter des combinaisons de muscles synchrones et asynchrones et ont testé les transitions qui auraient pu se produire au cours des millions d’années d’évolution du vol.

3. Qu’est-ce que la robophysique ?

La robophysique est une discipline qui consiste à utiliser des robots pour étudier la physique des systèmes vivants. Elle permet de mieux comprendre les mécanismes biologiques et d’appliquer ces connaissances à la conception de robots plus performants et adaptatifs.

4. Quelle est la principale découverte sur l’évolution du vol chez les insectes ?

Les chercheurs ont découvert que le vol asynchrone a évolué conjointement chez un ancêtre commun des quatre principaux groupes d’insectes. Certains groupes d’espèces d’insectes sont ensuite revenus au vol synchrone, tandis que d’autres sont restés asynchrones.

5. Comment cette recherche pourrait-elle bénéficier à la robotique ?

Les résultats de cette étude pourraient aider les roboticiens à concevoir de meilleurs robots à ailes battantes, plus réactifs et adaptatifs, en s’inspirant des mécanismes de vol synchrone et asynchrone observés chez les insectes.

Légende illustration principale : «Des chercheurs dirigés par Nick Gravish, membre de la faculté du département d’ingénierie mécanique et aérospatiale de l’université de San Diego, ont construit un petit robot à clapet fonctionnant dans l’air.» – Credit: Erik Jepsen/University of California San Diego

[ Rédaction ]

               

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