Imaginez un réseau composé de robots interconnectés et autonomes s’engageant harmonieusement dans une danse synchronisée pour explorer les profondeurs énigmatiques de l’océan noir, réalisant avec diligence des études scientifiques vitales ou se lançant dans d’audacieuses missions de recherche et de sauvetage.
Voilà le portrait futuriste que dresse une étude présentée dans la publication scientifique Reports, émanant de l’équipe de chercheurs de l’Université Brown.
Cette recherche révèle l’étonnant projet pilote vers la réalisation de tels robots de navigation sous-marine. L’étude détaille la conceptualisation d’une petite plateforme robotique appelée Pleobot, qui se veut un outil précieux pour comprendre la technique de locomotion des krills, et pose les bases pour la construction de robots sous-marins compacts et très agiles.
La conception innovante de Pleobot
À l’heure actuelle, Pleobot se compose de trois segments interconnectés qui reproduisent fidèlement la méthode de nage métachronique observée chez le krill. La conception de Pleobot s’inspire de l’athlétisme impressionnant de ces créatures aquatiques, qui naviguent sans effort dans l’eau, accélérant et décélérant habilement, et exécutant des virages complexes.
Selon l’étude, Pleobot recèle un potentiel considérable pour aider la communauté scientifique à déterminer comment tirer parti de 100 millions d’années d’évolution pour concevoir des robots supérieurs capables de naviguer dans les océans. Avec Pleobot comme point d’observation, les chercheurs peuvent obtenir des informations inestimables sur la manière d’exploiter les merveilles de la nature pour fabriquer des robots qui font preuve d’une maniabilité et d’une efficacité inégalées lorsqu’ils traversent les vastes étendues de l’océan.
Le Pleobot : un outil d’étude inédit
« Nous sommes confrontés à de considérables défis et incertitudes lors de la réalisation d’expériences impliquant des organismes« , a expliqué Sara Oliveira Santos, auteure principale de la nouvelle étude et doctorante à l’École d’ingénierie de Brown. Elle a ajouté : « Avec Pleobot, nous avons atteint un niveau de précision et de contrôle inédit, qui nous permet d’examiner tous les aspects complexes de la nage de type krill qui contribuent à leur manœuvrabilité exceptionnelle sous l’eau. Notre objectif était de développer un outil complet qui fournirait des informations sur la mécanique de la nage de type krill, englobant tous les détails complexes qui font de ces créatures d’incroyables nageurs.«
Ce projet est le fruit d’une collaboration entre des chercheurs du laboratoire de Monica Martinez Wilhelmus, professeur adjoint d’ingénierie à l’université Brown, et des scientifiques du laboratoire de Francisco Cuenca-Jimenez à l’Universidad Nacional Autónoma de México.
Le défi de la nage métachrone
L’un des principaux objectifs du projet est de comprendre comment les nageurs métachrones, tels que le krill, réussissent à évoluer dans des environnements marins complexes et à effectuer des migrations verticales massives de plus de 1 000 mètres – ce qui équivaut à empiler trois Empire State Buildings – deux fois par jour.
Nous avons actuellement une connaissance partielle des mécanismes utilisés par le krill pour nager efficacement, mais nos données ne sont pas complètes », a expliqué Nils Tack, chercheur postdoctoral au laboratoire Wilhelmus. Il a poursuivi : « Pour surmonter cette limitation, nous avons construit et programmé un robot qui reproduit fidèlement les mouvements essentiels des pattes du krill, nous permettant de générer des mouvements spécifiques et de modifier la forme des appendices. Cette configuration nous permet d’explorer différentes configurations, d’obtenir des mesures et de faire des comparaisons qui seraient autrement inaccessibles avec des animaux vivants. »
La technique de nage métachronique, caractérisée par l’activation séquentielle des pattes de nage dans un mouvement ondulatoire de l’arrière vers l’avant, confère au krill une manœuvrabilité impressionnante. Les chercheurs estiment qu’à l’avenir, les systèmes d’essaims déployables pourraient être utilisés pour la cartographie des océans sur Terre, pour des missions de recherche et de récupération de grande envergure, voire pour l’exploration des océans sur des corps célestes tels qu’Europe, une lune du système solaire.
L’avenir du Pleobot
« Les regroupements de krill constituent un exemple remarquable de bancs naturels, composés d’organismes aérodynamiques capables de voyager jusqu’à un kilomètre dans les deux sens, présentant des capacités de manœuvre sous-marine exceptionnelles« , a expliqué Wilhelmus. « Cette étude marque la première phase de notre objectif de recherche à long terme visant à développer la prochaine génération de véhicules de détection sous-marins autonomes. En comprenant les interactions fluides-structures au niveau des appendices, nous serons équipés pour prendre des décisions éclairées concernant les futurs designs. »
Les chercheurs disposent d’un contrôle actif sur les deux segments de pattes du pléobot et d’un contrôle passif sur ses nageoires bramiques, ce qui constitue une réalisation importante puisqu’elle émule pour la première fois le mouvement d’ouverture et de fermeture des nageoires. La construction de cette plateforme robotique a nécessité plusieurs années de travail, impliquant une équipe diversifiée d’experts en mécanique des fluides, en biologie et en mécatronique.
En construisant leur modèle à une échelle dix fois plus grande que celle du krill, qui a généralement la taille d’un trombone, les chercheurs ont utilisé principalement des composants imprimables en 3D.
Par ailleurs, la conception de Pleobot est en libre accès, ce qui permet à d’autres équipes de l’utiliser pour étudier la natation métachronique, non seulement pour le krill, mais aussi pour des organismes tels que les homards.
Illustration légende image / Pleobot est une petite plateforme robotique qui imite la nage du krill. Photo fournie par le laboratoire Wilhelmus.
