Ces petits bateaux robotisés carrés peuvent s’assembler en structures plus grandes sur l’eau, se désassembler et se réassembler pour former quelque chose de nouveau, le tout avec une intervention humaine minimale. Crédit : Alex Shipps/MIT CSAIL, à partir de ressources fournies par les chercheurs.
Pour la plupart des gens, le front de mer est la limite de la ville. Une équipe de chercheurs du MIT, quant à elle, le perçoit comme un chantier de construction dynamique, à l’image des Lego. Leur nouveau système, baptisé « FloatForm », est un essaim de petits bateaux robotisés carrés qui s’assemblent pour former des structures plus grandes sur l’eau, se désassemblent et se réassemblent pour créer de nouvelles formes, le tout avec une intervention humaine minimale.
Chaque robot, de la taille d’une assiette (21 centimètres carrés), est un vaisseau autonome doté de ses propres propulseurs, capteurs et verrous magnétiques. Ensemble, ils laissent entrevoir un avenir où les infrastructures flottantes pourraient devenir plus adaptables : une plateforme temporaire après une situation d’urgence, un marché sur un canal ou une scène qui apparaît pour un festival et disparaît une fois le public parti.
« Notre projet FloatForm envisage un avenir où le front de mer devient un prolongement programmable de la ville, où des bateaux autonomes peuvent s’auto-organiser en ponts, plateformes et autres structures utiles à la demande », explique Daniela Rus, professeure Panasonic de génie électrique et d’informatique au MIT et directrice du Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL) du MIT. « Ce type de robotique distribuée ouvre de nouvelles perspectives pour la mobilité, les interventions d’urgence, l’espace public et les infrastructures sur l’eau. »
« Avec FloatForm, nous transformons les surfaces d’eau statiques en espaces dynamiques et programmables », explique Wei Wang, auteur principal d’un nouvel article sur le projet et ancien chercheur au MIT, qui dirige aujourd’hui le Laboratoire de robotique marine de l’Université du Wisconsin-Madison. « Imaginez un environnement urbain où l’espace public n’est pas figé, mais peut s’étendre, se contracter ou se reconfigurer automatiquement à la demande. »
« Nous envisageons cela comme la création d’infrastructures sur l’eau, grâce à un système modulaire permettant de constituer un système plus vaste », explique Alejandro Gonzalez-Garcia, ancien chercheur au MIT CSAIL et au Senseable City Lab. « En cas d’urgence, on pourrait créer un nouveau pont pour fluidifier la circulation en ville. On pourrait aussi aménager des marchés et des scènes flottantes. Pour une ville plus agréable à vivre, il faut aussi exploiter l’eau. »
Ces travaux en libre accès, publiés aujourd’hui dans Nature Communications , sont issus des laboratoires de Rus et Carlo Ratti, professeur de technologies et d’aménagement urbains au MIT et directeur du Senseable City Lab. Ils s’appuient sur Roboat, leur projet commun avec l’Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions, qui a permis de déployer des navires autonomes grandeur nature sur les canaux d’Amsterdam. Ces canaux, autrefois dédiés au transport des marchandises de la ville, accueillent aujourd’hui principalement des touristes.
« Nous avons étudié la possibilité d’utiliser les canaux pour la collecte des déchets ou le transport, afin de désengorger les routes », explique Niklas Hagemann, doctorant en architecture au MIT, membre du CSAIL et ancien chercheur du Senseable City Lab, qui travaille sur le projet depuis ses débuts. « Les zones urbaines se densifient ; serait-il possible d’aménager des espaces publics sur des plans d’eau actuellement sous-utilisés ? »
FloatForm ramène cette vision à l’échelle d’une table pour répondre à une question plus difficile : comment faire en sorte que des dizaines, voire des milliers, de robots flottants s’organisent d’eux-mêmes ?
Leçons tirées du radeau de fourmis
L’équipe a trouvé la réponse en biologie. Les fourmis de feu sont connues pour survivre aux inondations en s’assemblant en radeaux vivants, sans chef pour coordonner le rassemblement. Chaque fourmi suit des règles locales simples, et une structure résistante se forme.
« Chaque fourmi est un agent indépendant », explique Gonzalez-Garcia. « Nous voulions que chaque robot possède ses propres capacités, à l’image des colonies de fourmis qui forment un radeau. »
La plupart des systèmes robotiques auto-assemblables existants, sur l’eau et ailleurs, reposent sur un ordinateur central qui dicte chaque mouvement. Cette approche est vulnérable aux défaillances ponctuelles et s’adapte mal à grande échelle : la complexité des calculs de planification augmente considérablement avec l’ajout de robots, et l’essaim doit s’assembler séquentiellement, la plupart des robots restant inactifs en attendant leur tour.
FloatForm renverse la donne. Un planificateur central léger intervient avec parcimonie, attribuant à chaque robot une position finale pour parfaire le réseau, un niveau de précision géométrique que les méthodes purement distribuées peinent à garantir. Tout le reste, y compris la navigation vers la forme cible, l’évitement des collisions et l’adaptation aux perturbations, est géré par les robots eux-mêmes, qui se coordonnent en échangeant leurs positions avec leurs voisins immédiats. L’essaim entier se déplace simultanément.
Ce parallélisme est ce qui distingue cette approche. La complexité de la planification selon FloatForm dépend uniquement des robots voisins, et non de la taille totale de l’essaim. « Notre objectif est de minimiser l’intervention centrale et de faire en sorte que tous les robots se déplacent simultanément », explique Gonzalez-Garcia.
Lors d’expériences menées au MIT, une flotte de huit robots s’est rassemblée à plusieurs reprises, à partir de positions aléatoires, pour former une structure cible. Ces robots s’y sont ensuite ancrés, se sont désassemblés sur commande, se sont réassemblés selon une nouvelle configuration, puis ont traversé le bassin comme un seul navire. Chaque cycle a duré entre quatre et huit minutes. Dans ce mode final, appelé transport collectif, un planificateur définit la trajectoire de l’ensemble de la structure et chaque robot calcule sa propre contribution. « Chaque robot devient un actionneur », explique Gonzalez-Garcia. Des simulations ont montré que le système pouvait être étendu sans problème à des essaims de 64 robots.
« L’avantage de cette approche largement décentralisée est que la puissance de calcul ne s’enraye pas à mesure que le nombre de bateaux augmente », explique Wang. « Que vous travailliez avec huit ou quatre-vingts bateaux, toute la flotte se coordonne et se déplace simultanément. Comme le temps d’assemblage global n’augmente pas significativement, le système reste hautement évolutif. »
Rester groupés présente aussi un avantage concret. « Nos bateaux gagnent en stabilité en s’assemblant, comme une fourmilière, par temps de vagues ou de courants », explique Hagemann.
Une poignée de main en origami
Les robots s’assemblent grâce à un mécanisme de verrouillage entièrement dissimulé à l’intérieur de chaque coque. Un unique servomoteur central actionne une structure auxétique inspirée de l’origami, une géométrie qui se contracte uniformément dans toutes les directions. Ce mécanisme attire les aimants permanents situés sur les quatre côtés vers l’intérieur pour se libérer, ou les repousse vers l’extérieur pour saisir un robot voisin à travers des espaces de 10 à 15 centimètres. Les aimants sont disposés avec des polarités alternées, ce qui permet aux bateaux de s’emboîter parfaitement dans des grilles carrées.
L’élégance de ce mécanisme réside dans sa faible consommation d’énergie. Un réducteur imprimé en 3D maintient le loquet dans les deux positions, moteur éteint. « Le verrouillage et le déverrouillage consomment de l’énergie, mais entre ces deux états, aucune », explique Hagemann.
Pour les infrastructures qui peuvent conserver une configuration pendant des heures, c’est crucial. « Comme les robots sont très petits, la capacité de leur batterie est limitée », ajoute Gonzalez-Garcia. « S’ils consomment moins d’énergie pour l’enclenchement, ils peuvent en consacrer davantage aux calculs ou au déplacement proprement dit. »
Y parvenir a nécessité une ingénierie audacieuse. Quatre propulseurs miniatures disposés en « X » confèrent à chaque robot une mobilité omnidirectionnelle, y compris la rotation sur place. Cependant, leur force est considérable par rapport à la faible inertie des robots, ce qui rendait les premiers prototypes instables et sujets à des rotations brusques à basse vitesse.
L’équipe a ajouté des ailerons stabilisateurs pour augmenter la résistance hydrodynamique et a optimisé les contrôleurs afin de garantir leur robustesse, même pour des robots qui, à cette échelle, ne sont jamais parfaitement identiques. Les aimants ont posé un problème supplémentaire : leur adhérence était telle que le désaccouplement nécessitait parfois que les robots se tordent pour se libérer.
Du réservoir au canal
Au cours de 10 essais, le système a accompli ses missions sans intervention humaine dans 90 % des cas avec quatre robots et dans 70 % des cas avec huit. En cas de problème, l’architecture a démontré sa résilience : un robot brièvement désorienté pouvait rejoindre la structure par lui-même, sans immobiliser tout l’essaim, et les robots bloqués dans des impasses de formation ont appris à se débloquer et à réessayer.
Passer d’un bassin d’essai intérieur à un véritable canal ou port exigera bien plus que de la confiance. « Il y a toujours une relation entre la taille d’un bateau et l’ampleur des perturbations qu’il peut supporter », explique Gonzalez-Garcia. « Ces bateaux sont très petits, donc dans des eaux très agitées, ils ne peuvent pas fonctionner. »
Pour passer à une échelle supérieure, il faudra renforcer les verrous, potentiellement par un système d’interverrouillage mécanique comme celui utilisé sur le Roboat grandeur nature, et remplacer le système de positionnement ultrasonique du laboratoire par un système GPS ou de vision. L’algorithme de coordination a l’avantage d’être compatible avec tous les capteurs : on peut les changer sans modifier la logique.
L’équipe envisage des applications bien au-delà des canaux urbains : création de plateformes temporaires pour l’inspection et la maintenance en mer, réseaux de capteurs adaptatifs pour l’étude des espèces migratrices, stations d’amarrage reconfigurables pour les interventions d’urgence dans les zones difficiles d’accès. Des opérations en mer et à distance sont également possibles, notamment pour la mise en place de plateformes de construction temporaires, la surveillance environnementale et les expéditions scientifiques.
Et le terrain est vaste. « Venise, les Pays-Bas, la Belgique, les fjords et les lacs de Norvège, en fait, toute ville traversée par un cours d’eau peut en tirer parti », explique Gonzalez-Garcia. « Le projet exploite des espaces où l’eau est déjà importante, mais il soulève aussi la question suivante : où l’eau pourrait-elle être utilisée à d’autres fins ? »
« Il s’agit d’une avancée majeure dans la réalisation de comportements collectifs distribués sur l’eau », déclare Steven Ceron, professeur adjoint à l’Université du Michigan, qui n’a pas participé à la recherche. « L’assemblage, l’auto-reconfiguration et le mouvement collectif sont déjà complexes en milieu sec, mais parvenir à ces comportements de manière principalement distribuée sur l’eau représente un défi supplémentaire de taille, que cette équipe a relevé avec brio. »
« En faisant peser la charge de calcul sur les robots eux-mêmes, ils ont construit un système plus résilient qui, dans un avenir proche, pourrait permettre le déploiement de collectifs de robots comme celui-ci en pleine mer pour des opérations de recherche, la surveillance environnementale et des infrastructures marines reconfigurables. »
https://news.mit.edu/2026/tiny-robot-boats-build-floating-structures-0709
