Un robot qui déplace son propre poids pour se déplacer sur terre, sur des marches et dans l’eau.
Des chercheurs de l’institut Tandon de l’université de New York ont construit un robot ondulatoire qui pompe l’eau entre sa tête et sa queue pour gravir des pentes, franchir des marches et nager, tout en conservant la même démarche de base.
WorMa, un robot amphibie, déplace l’eau entre sa tête et sa queue pour s’adapter aux différents terrains. Crédit photo : Nana Obayashi
Un robot conçu pour inspecter un littoral, une rue inondée ou une zone humide ne peut pas se contenter d’un seul type de terrain. Il peut avoir besoin de ramper sur une surface dure, d’escalader une berge, de franchir un trottoir ou une marche, puis de glisser dans l’eau libre, souvent sur une distance très courte.
Cette combinaison s’avère difficile à réaliser pour les robots serpentiformes ou vermiformes. Les modèles amphibies existants gèrent généralement les changements de terrain en modifiant leur locomotion, en ajoutant des appendices spécialisés ou en se reconfigurant mécaniquement. Ces approches peuvent toutefois accroître la complexité et les risques de défaillance aux interfaces entre les différents types de terrain.
Nana Obayashi, professeure adjointe à NYU Tandon, et Daniil Filimonov, doctorant au sein du laboratoire Prema d’Obayashi , ont conçu WorMa, un nom combinant « ver » (worm en anglais) et « masse », pour une approche différente. Ce robot conserve la même démarche ondulatoire de base quel que soit le terrain. Son adaptation principale réside dans la répartition de son poids.
« Ce mécanisme n’est pas lié à une tâche spécifique », explique Obayashi, membre du corps professoral du Centre de robotique et d’intelligence incarnée de l’Université de New York . « Il permet de concevoir un robot qui n’a pas besoin d’être repensé à chaque changement de terrain. Cela peut s’avérer crucial pour la surveillance environnementale ou l’inspection d’infrastructures, où un robot peut être amené à traverser des terrains secs, des obstacles et des cours d’eau au cours d’une même mission. »
Comme décrit dans un article de la revue Advanced Robotics Research , WorMa est un robot à cinq bras et quatre articulations, long de 50 centimètres et pesant un peu plus d’un kilogramme. Il est doté d’un réservoir d’eau constitué d’un ballon en latex dans la tête et d’un autre dans la queue. Une pompe située en son centre transfère environ 300 grammes d’eau, soit 28 % de la masse totale du robot, entre ces deux réservoirs.
L’emplacement de l’eau détermine ce que le robot peut faire.
Sur une pente, le fait de déplacer l’eau vers la tête augmente la force d’appui des points de contact avant du robot contre la surface, améliorant ainsi son adhérence. Seule cette configuration a permis à WorMa de gravir la pente la plus raide testée (19,5 degrés) ; toutes les autres ont glissé et redescendu. Elle a également permis de réduire le coût de transport du robot d’au moins 33 % par rapport aux autres configurations.
Dans l’eau, l’avantage s’inversait. Avec son poids déplacé vers l’arrière, WorMa nageait jusqu’à 26 % plus vite et était 52 % plus efficace que lorsque son poids était concentré vers l’avant.
Les marches nécessitaient une approche différente. Un robot à tête fixe ou à queue fixe ne pouvait pas franchir une marche seul. Les chercheurs ont donc fait en sorte que WorMa s’approche de la marche en remplissant sa tête d’eau pour l’adhérence, puis en déplaçant l’eau vers sa queue et en relevant sa tête et son cou afin que la queue puisse le propulser plus près. Une fois la tête ancrée sur le bord de la marche, l’eau retournait dans la tête et le robot poursuivait son ascension. Cette séquence a permis à WorMa de franchir des marches jusqu’à 15 centimètres de hauteur.
Pour sortir de l’eau, il fallait concentrer le poids sur la tête. Les autres configurations manquaient de force à l’avant du robot pour lui permettre de se hisser sur la pente.
Combinées, ces stratégies ont permis à WorMa de franchir un parcours unique combinant terrain plat, marche, pente et étendue d’eau libre, en modifiant la position de l’eau à chaque étape. Les chercheurs affirment qu’il s’agit de la première démonstration d’un robot ondulatoire capable de se déplacer sur un terrain amphibie, y compris d’entrer et de sortir de l’eau.
Voilà l’intérêt pratique de cette conception. Au lieu d’emporter des pièces spécialisées pour chaque environnement, le robot s’adapte aux variations du terrain en redistribuant la masse qu’il transporte. Le robot WorMa bénéficie d’améliorations constantes : des pompes plus rapides et des commandes pilotées par capteurs, par exemple, pourraient à terme lui permettre de détecter les changements de terrain et d’ajuster son poids de manière autonome et plus dynamique.
Ce travail fait suite aux récents développements d’Obayashi sur ScaFi , un robot inspiré des poissons et conçu pour être construit en différentes tailles à partir d’un plan unique, afin d’évoluer dans des environnements allant des ruisseaux peu profonds aux eaux libres. Ensemble, ces projets explorent un problème similaire sous des angles différents : comment construire des robots capables de s’adapter aux environnements qu’ils rencontrent sans avoir à concevoir une machine différente pour chaque environnement ?
https://engineering.nyu.edu/news/robot-shifts-its-own-weight-cross-land-steps-and-water