Un papillon robot développe un capteur UV grâce à un système circulatoire artificiel.
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Les lépidoptères (papillons et phalènes) ont un réseau de veines partiellement remplies de liquide dans leurs ailes. Crédits : Kadri-Ann Pankratov, Leonid Zinatullin, Hans Priks, Adele Metsniit, Urmas Johanson, Tarmo Tamm, Alvo Aabloo, Edoardo Sinibaldi, Indrek Must
Un robot en forme de papillon de nuit utilisait un système circulatoire artificiel pour acheminer des éléments constitutifs chimiques à travers son corps et faire pousser un capteur de lumière là où la lumière UV frappait.
Le cerveau d’un robot est limité par les capacités de son corps. Or, les robots sont de plus en plus souvent déployés dans des environnements impossibles à cartographier à l’avance, comme des bâtiments effondrés, des forêts, les grands fonds marins ou même d’autres planètes. Pourtant, leur matériel est configuré en usine : chaque capteur doit être installé avant que le robot ne quitte le laboratoire, en se basant sur une estimation de ce qu’il rencontrera.
La technologie de pointe actuelle repose sur un algorithme adaptatif intégré à un contrôleur centralisé, mais celle-ci ne compense pas entièrement l’inadéquation du corps du robot à l’environnement imprévu. Une solution possible consiste à créer de nouveaux composants au fur et à mesure que la situation évolue, améliorant ainsi l’adaptabilité du robot.
La fabrication d’un nouveau composant nécessite deux éléments : des composants adéquats et un moyen de les acheminer au bon endroit et au bon moment. La nature assure ces deux aspects grâce à la circulation sanguine : le sang ou l’hémolymphe transporte les composants dans tout le corps, garantissant ainsi à chaque organe l’accès à de nouveaux matériaux et l’élimination des matériaux usagés en cas de besoin.
L’étude « Réceptogenèse dans une incarnation robotique vascularisée » a été publiée le 23 octobre dans la revue Advanced Science .
Vidéo montrant le système circulatoire du robot inspiré du papillon de nuit. Crédits : Kadri-Ann Pankratov, Leonid Zinatullin, Hans Priks, Adele Metsniit, Urmas Johanson, Tarmo Tamm, Alvo Aabloo, Edoardo Sinibaldi, Indrek Must
Le plan d’un papillon de nuit pour la circulation robotique
Des chercheurs de l’Université de Tartu en Estonie et de l’Institut italien de technologie se sont attelés à doter un robot de cette même capacité. « Je travaille à doter les robots d’un système circulatoire, afin qu’ils puissent transporter des éléments constitutifs moléculaires dans tout le corps et fabriquer le matériel dont ils ont besoin, sur place, là où et quand c’est nécessaire », explique Kadri-Ann Pankratov, auteure principale de l’étude.
L’équipe s’est inspirée des papillons de nuit. Comme d’autres insectes, les papillons de nuit possèdent un système circulatoire ouvert : un vaisseau propulseur brasse l’hémolymphe, le sang de l’insecte, qui circule dans quelques canaux mais baigne principalement les organes situés à l’intérieur de l’exosquelette. « Cela simplifie l’architecture. On peut se concentrer sur la composition du fluide plutôt que sur l’optimisation de son flux », explique Pankratov.
Les ailes des insectes sont également des structures vivantes remplies d’hémolymphe, et leur forme quasi plate permet au fluide de circuler dans un seul plan, simplifiant ainsi le système de vascularisation du robot. Les chercheurs ont utilisé comme modèle le papillon bleu de la nuit (Catocala fraxini), l’un des plus grands papillons d’Estonie, grâce à des spécimens fournis par des collègues de l’Institut d’écologie et des sciences de la Terre de l’Université de Tartu.
Le corps du robot a été imprimé en 3D à partir d’un plastique transparent (PETG) et fonctionne à deux échelles. Des « veines » d’un millimètre de large transportent le fluide à travers des ailettes de 86 centimètres carrés chacune, tandis que les espaces entre les lignes imprimées forment un réseau dense de microcanaux à partir desquels le liquide s’infiltre sur environ 10 micromètres dans le plastique. Une pompe unique à régulation en boucle ouverte remplit le corps entier avec environ 3 millilitres de liquide.
Vidéo montrant le battement d’ailes d’un prototype robotique inspiré du papillon de nuit, en réponse à un signal lumineux UV. Crédit : Kadri-Ann Pankratov, Leonid Zinatullin, Hans Priks, Adele Metsniit, Urmas Johanson, Tarmo Tamm, Alvo Aabloo, Edoardo Sinibaldi, Indrek Must
La lumière UV permet de faire pousser un capteur fonctionnel
Pour fabriquer un capteur, l’équipe a injecté une « hémolymphe artificielle » dans ces veines : un mélange de pyrrole, d’un initiateur photoactivable et d’un additif à base de cellulose. Sous l’effet de la lumière UV pendant environ une minute, le pyrrole contenu dans le plastique se transformait en polypyrrole, un polymère conducteur. La synthèse du nouveau capteur était également visible : le corps translucide devenait noir. Ailleurs, il restait inchangé. À l’aide d’un pochoir, l’équipe pouvait dessiner des motifs de capteur avec une précision de 0,3 millimètre.
Le nouveau matériau fonctionne comme un récepteur UV : lorsqu’il est exposé à la lumière UV, sa résistance électrique chute brièvement. Avant la fabrication de ce capteur, le robot ne réagissait absolument pas aux UV. Désormais, un petit microcontrôleur embarqué détecte ce changement et déclenche le battement des ailes du robot, actionné par un fil à mémoire de forme, ou le clignotement d’une LED. Le robot boucle ainsi la boucle de détection et de réaction grâce à un matériel dont il était dépourvu lors de sa construction. « Il ne s’agit pas de faire revivre une capacité perdue, comme un lézard régénère sa queue, mais de créer une partie du corps entièrement nouvelle et inexistante auparavant chez le robot », explique Pankratov.
Pourquoi cultiver un capteur plutôt que d’en installer un ? « On peut bien sûr utiliser une photodiode toute faite, mais il faudrait savoir très précisément où la placer. Or, cela peut s’avérer difficile à prévoir, surtout lorsque les robots évoluent dans des environnements plus dangereux et complexes », explique Pankratov. « Cultiver le récepteur sur place permet à l’environnement lui-même d’adapter le comportement du robot aux conditions qui s’y déroulent. »
Une découverte fut inattendue. Le capteur ne se comportait pas comme un composant constant et calibré en usine : à chaque exposition, sa sensibilité augmentait, la polymérisation du pyrrole résiduel se poursuivant. « Ce n’était pas prévu, mais ce phénomène est tout à fait logique. La conductance évoluait constamment dans un seul sens, ce qui indiquait clairement qu’il se produisait un phénomène dépassant la simple dérive », explique Pankratov. Les auteurs interprètent cela comme une forme de mémoire matérielle : la structure du capteur conserve la trace des interactions du robot. Les capteurs fonctionnaient encore après plus de quatre mois de stockage.
Time-lapse du système circulatoire artificiel au travail. Crédits : Kadri-Ann Pankratov, Leonid Zinatullin, Hans Priks, Adele Metsniit, Urmas Johanson, Tarmo Tamm, Alvo Aabloo, Edoardo Sinibaldi, Indrek Must
Partager le contrôle avec le corps du robot
Cette recherche suggère de nouvelles pistes pour conférer une plus grande autonomie au corps physique, qui interagit étroitement avec un contrôleur centralisé. L’installation d’un nouveau capteur, sa position, le moment de son installation et même sa sensibilité ont été déterminés par l’interaction du corps préparé avec son environnement, et non de manière préméditée.
Cependant, le robot dispose encore d’un levier important pour contrôler son comportement : la préparation de son organisme aux interactions avec son environnement. Le choix de la substance chimique libérée dans le système circulatoire détermine également le type de réponse lors d’une interaction. Ce mécanisme est similaire à celui des systèmes circulatoires naturels : par exemple, en situation de stress, le cerveau de l’insecte peut déclencher la libération d’octopamine dans le système circulatoire, modifiant ainsi la capacité de l’organisme à affronter de nouvelles interactions avec son environnement.
Limites d’une voie chimique prédéterminée
Cette étude constitue une preuve de concept aux limites clairement définies. Elle démontre l’existence d’une voie chimique unique et prédéterminée, et la synthèse est irréversible. Lors des expériences, les chercheurs ont déterminé le moment du remplissage des veines, et c’est un pochoir, et non l’environnement naturel, qui a déterminé l’emplacement de formation du capteur. La lumière ayant permis la création du capteur était également le signal qu’il a ensuite détecté, bien que les auteurs affirment que cette approche est applicable à d’autres substances chimiques et déclencheurs.
Pankratov voit ailleurs la plus grande question en suspens : « Actuellement, l’intelligence centrale du robot sait quel composant va arriver. Comment faire pour que cela ne soit pas prédéterminé ? Nous n’avons pas encore de bonne source d’inspiration en biologie pour cela. »
L’équipe prévoit un enrichissement de la palette d’outils. Le polypyrrole, à lui seul, peut être optimisé pour la protection contre la corrosion, le blindage électromagnétique ou l’interface avec les tissus vivants, et ces mêmes vaisseaux peuvent transporter de nombreux autres produits chimiques dissous ou dispersés, y compris potentiellement des substances réversibles. « Dans dix ans, j’espère que le sang et les systèmes circulatoires artificiels des robots seront une évidence pour certaines applications, avec plusieurs matériaux constituant la solution de pointe », déclare Pankratov. Elle imagine de tels robots évoluant dans des habitats naturels.
https://techxplore.com/news/2026-10-robot-moth-uv-sensor-artificial.html