Des ingénieurs de l’Université Northwestern ont mis au point les premiers robots modulaires dotés d’une intelligence athlétique . Ils peuvent être combinés et recombinés en conditions réelles, se remettre de blessures et continuer à se déplacer quelles que soient les difficultés rencontrées.
Des métamachines conçues par l’IA évoluent en milieu naturel, se remettent des dommages subis et se transforment en de nouvelles formes. Ces machines annoncent un avenir où les robots ressembleront moins à des outils fragiles et préconçus qu’à des formes de vie résilientes et évolutives.
Appelées « métamachines à pattes », ces créations sont composées de modules autonomes, semblables à des Lego, qui s’assemblent en une infinité de configurations. Chaque module, pris individuellement, est un robot complet doté de son propre moteur, de sa batterie et de son ordinateur. Un module peut rouler, tourner et sauter. Mais c’est lorsque les modules s’assemblent que leur agilité et leur robustesse sont véritablement révélées.
L’étude a été publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences .
Pour concevoir les combinaisons les plus efficaces, les ingénieurs ont eu recours à l’intelligence artificielle (IA) afin de faire évoluer des configurations corporelles inédites. Au lieu de se contenter de modèles classiques inspirés des chiens ou des humains, l’IA a généré d’étranges « espèces » de machines qu’aucun ingénieur humain n’aurait pu imaginer. Connectées à d’autres modules, ces métamachines ondulent comme des phoques, se lient comme des lézards ou bondissent comme des kangourous.
Appelées « métamachines à pattes », ces créations sont composées de modules autonomes, semblables à des Lego, qui s’assemblent par simple emboîtement pour former une infinité de configurations. Chaque module constitue à lui seul un robot complet, doté de son propre moteur, de sa batterie et de son ordinateur. Crédit : Sam Kriegman/Université Northwestern
Ces robots peuvent aussi se redresser lorsqu’ils sont renversés, franchir des obstacles et réaliser des acrobaties comme des pirouettes aériennes. Puisqu’une métamachine est essentiellement un robot composé d’autres robots, elle peut résister à des dommages catastrophiques. Les pièces brisées ne deviennent pas un fardeau ; elles continuent de rouler, de ramper et de rejoindre l’équipe.
En combinant modularité physique et conception pilotée par l’IA, les chercheurs ont ouvert la voie à une nouvelle génération de robots qui non seulement survivent au monde réel, mais s’y adaptent. Ces machines préfigurent un avenir où les robots ressembleront moins à des outils fragiles et prédéfinis qu’à des formes de vie résilientes et évolutives.
« Ce sont les premiers robots à fouler le sol extérieur après avoir évolué au sein d’un ordinateur », explique Sam Kriegman de l’université Northwestern , qui a dirigé l’étude. « Ils sont assemblés rapidement et deviennent immédiatement opérationnels. Ils peuvent se déplacer librement dans la nature et se remettre facilement de blessures graves qui seraient fatales à tout autre robot sauvage. S’ils sont renversés, ils se redressent instinctivement et poursuivent leur route. Ils peuvent survivre à une coupure en deux ou à un découpage en plusieurs morceaux. Une fois séparés, chaque module de la métamachine peut devenir un agent indépendant. »
Spécialiste en biorobotique et en intelligence artificielle, Kriegman est professeur adjoint d’informatique, de génie mécanique et de génie chimique et biologique à l’ École d’ingénierie McCormick de l’Université Northwestern , où il est membre du Centre de robotique et de biosystèmes (CRB). Les co-premiers auteurs de l’étude sont Chen Yu, David Matthews et Jingxian Wang, tous doctorants au CRB.
L’évolution accélérée par les ordinateurs
Si les robots actuels sont rapides et agiles, leur structure est souvent fixe et rigide. La plupart ne peuvent s’adapter à de nouvelles tâches, à de nouveaux environnements ou à des dommages physiques. Si un chien robot se casse une patte, par exemple, il devient pratiquement inutilisable. Pour pallier ces limitations, l’équipe de Kriegman s’est tournée vers l’IA, non pas pour copier des modèles existants, mais pour concevoir quelque chose de totalement inédit.
Kriegman et son équipe ont commencé par un algorithme évolutionnaire qui imite la sélection naturelle. Pour ce faire, ils ont fourni à l’algorithme les éléments constitutifs du robot : des pattes modulaires d’un demi-mètre de long, ressemblant à deux bâtonnets reliés par une sphère centrale.
« À l’intérieur de la sphère, le robot possède tout ce dont il a besoin pour survivre : un « système nerveux », un « métabolisme » et des « muscles » », explique Kriegman. « Concrètement, il s’agit d’une carte électronique, d’une batterie et d’un moteur. Les modules sont mécaniquement simples. Ils ne peuvent pivoter que sur un seul axe, mais ils sont étonnamment performants et intelligents. »
Kriegman et son équipe ont ensuite donné un objectif à l’algorithme : concevoir un robot aux mouvements efficaces et polyvalents. En combinant les modules de différentes manières, l’algorithme a généré de nouveaux types de corps. Il a ensuite simulé chaque conception, conservant les plus performantes et éliminant les moins performantes. Il a également « créé » de nouvelles conceptions de manière itérative en les combinant ou en les faisant muter. Selon le corps du robot, les jambes modulaires sont devenues des jambes, des épines ou des queues.
« Nous avons simulé le processus darwinien de mutation et de sélection dans un environnement physique virtuel », a déclaré Kriegman. « C’est la survie du plus apte, accélérée par les ordinateurs et concrétisée par des modules athlétiques. »
Traverser un terrain accidenté
Pour tester leurs prototypes, Kriegman et son équipe ont assemblé les meilleurs modèles à trois, quatre et cinq pattes issus de l’évolution. Lors de tests en extérieur, ces métamachines ont évolué sur des terrains accidentés, notamment du gravier, de l’herbe, des racines d’arbres, des feuilles, du sable, de la boue et des briques irrégulières. Elles ont sauté, pivoté et se sont redressées après une chute, le tout sans installation complexe ni réentraînement.
Contrairement aux robots traditionnels qui tombent en panne dès qu’une seule pièce se casse, ces machines peuvent s’adapter, se rétablir et survivre. Même lorsqu’une jambe se détache, la métamachine reste résiliente. Les modules s’adaptent à la jambe manquante et continuent de se déplacer. La jambe manquante peut également retourner à son point de départ et rejoindre son équipe.
« Elle peut percevoir son environnement, se déplacer, effectuer des calculs et apprendre », a déclaré Kriegman. « Les métamachines peuvent être rapidement assemblées, réparées, repensées et recombinées. Une fois assemblées, elles se déplacent immédiatement de manière autonome dans une grande variété d’environnements non structurés. »
Cette nouvelle étude s’appuie sur des travaux antérieurs du laboratoire de Kriegman, où son équipe a conçu le premier algorithme d’IA capable de concevoir intelligemment des robots de A à Z. En condensant des milliards d’années d’évolution en quelques secondes, l’algorithme a réussi à concevoir un petit robot bipède et flexible en un temps record. Bien que ces robots ne puissent faire que se déplacer sur une table, ils ont démontré que l’IA peut faire évoluer instantanément des robots fonctionnels.
« Nos robots, jusqu’alors conçus, ne pouvaient ni percevoir leur propre corps ni se coordonner », explique Kriegman. « Ils nous ont néanmoins beaucoup appris sur les mécanismes de l’évolution et sur la manière d’en tirer des technologies utiles. L’évolution peut révéler de nouvelles conceptions, différentes voire inimaginables pour l’être humain. C’est pourquoi nous souhaitions vraiment étudier comment et pourquoi elle fonctionne. La meilleure façon, ou du moins la plus intéressante, est de faire évoluer des structures dans des conditions réalistes. »
https://news.northwestern.edu/stories/2026/03/evolved-robots-are-born-to-run-and-refuse-to-die
