PAWS : Un robot à quatre pattes peut reproduire le mouvement des animaux avec moins d'actionneurs

De nombreux systèmes robotiques développés ces dernières décennies s'inspirent d'animaux à quatre pattes (quadrupèdes), tels que les chiens, les guépards et les chevaux. En reproduisant les mouvements agiles de ces animaux, les robots quadrupèdes pourraient se déplacer rapidement au sol, parcourir de longues distances sur divers terrains et accomplir rapidement des missions.

Cependant, reproduire de manière réaliste et fiable les mouvements fluides observés chez les animaux à l'aide de systèmes robotiques peut s'avérer très difficile. Si certains robots quadrupèdes existants se sont révélés très agiles et réactifs aux changements de leur environnement, ces systèmes intègrent généralement des actionneurs et des composants informatiques sophistiqués, très énergivores.

Des chercheurs du laboratoire CREATE de l'EPFL et de l'Université de technologie de Delft (TU Delft) ont récemment développé un nouveau robot à quatre pattes appelé PAWS (Passive Automata With Synergies), capable de reproduire les mouvements fluides et adaptatifs des animaux en utilisant moins d'actionneurs. Ce robot, présenté dans un article de Nature Machine Intelligence , exploite les synergies motrices, des schémas coordonnés d'activation musculaire permettant aux animaux d'effectuer des mouvements agiles en consommant moins d'énergie.

« La conception robotique s'inspire fortement d'exemples biologiques », ont déclaré Francesco Stella et Mickael Achkar, premiers auteurs de l'article, à Tech Xplore. « Cependant, le processus d'extraction de caractéristiques de conception issues de la nature dépend souvent fortement de l'intuition et de l'expertise humaines. Nous souhaitions trouver une méthode plus structurée et méthodologique pour y parvenir. »

Contrairement aux autres robots quadrupèdes qui exécutent leurs mouvements grâce à des stratégies de contrôle actif, PAWS se déplace également en exploitant les connexions flexibles entre ses articulations, appelées couplages mécaniques souples. Cela lui permet d'effectuer des mouvements dynamiques réalistes, proches de ceux des animaux, tout en nécessitant un minimum d'actionnement.

« Les animaux contrôlent leur corps en utilisant des synergies de mouvement, un phénomène biologique où le système nerveux central coordonne les schémas d'activation entre différents groupes musculaires (plutôt que des muscles individuels) pour permettre un mouvement efficace », expliquent Stella et Achkar.

"Dans notre article, nous avons utilisé des données réelles de chiens pour capturer leurs principales synergies de mouvement, puis nous les avons traduites informatiquement en un système à tendons avec moins de moteurs que d'articulations. En exploitant ce nombre réduit d'actionnements, nous avons conçu informatiquement des PAWS (Passive Automata With Synergies ou Automates Passifs avec Synergies)."

Pour évaluer la capacité de leur robot à se déplacer passivement (c'est-à-dire sans actionnement actif), les chercheurs l'ont placé sur un tapis roulant, sans connecter aucun moteur à ses tendons. Ils ont constaté que le robot pouvait courir efficacement sur le tapis roulant même sans moteurs, tout en évitant les obstacles sur son chemin.

Image montrant la mécanique du robot. Crédit : Stella, Achkar, et al.

De plus, en intégrant seulement quatre actionneurs contrôlés indépendamment, les chercheurs ont permis à PAWS d'exécuter différentes allures animales (c'est-à-dire différents styles de déplacement), notamment l'accroupissement, la station debout, la marche, le galop et le saut. Leur robot quadrupède pourrait bientôt être amélioré et testé dans d'autres expériences, afin de valider son potentiel pour résoudre divers problèmes concrets.

« Notre conception démontre le niveau de robustesse atteignable dans les corps passifs grâce à un couplage et une conformité ciblés, et qu'avec un actionnement minimal, il est possible de maintenir les avantages de la dynamique naturelle tout en obtenant des comportements et des interactions divers avec l'environnement », ont ajouté Stella et Achkar.

"Nous poursuivons activement ces recherches en étudiant comment une détection minimale et des boucles de rétroaction simples pourraient accroître la stabilité de notre système. Nous souhaitons trouver des moyens de continuer à exploiter la dynamique passive du système tout en augmentant la diversité de ses comportements."

https://www.nature.com/natmachintell

https://www.nature.com/articles/s42256-025-00988-x

https://techxplore.com/news/2025-03-paws-legged-robot-animal-movement.html