Un réflexe artificiel sans électronique reproduit le réflexe rotulien et permet la marche bipède
La rédaction ·
Module réflexe proposé. (Gauche) Schéma conceptuel de la rétroaction de la longueur musculaire. (Droite) Photographie et principe de fonctionnement du module réflexe. Crédit : Shunsuke Koseki et al.
Lorsqu'un médecin appuie juste en dessous de votre rotule, votre jambe se tend automatiquement vers l'avant. Ce réflexe rotulien est un exemple de réflexe essentiel à la motricité humaine. Des chercheurs de l'université de Tohoku ont mis au point un module réflexe pour robots musculo-squelettiques, fonctionnant sans capteurs ni circuits électroniques. Grâce à ce module, l'équipe a reproduit le réflexe rotulien chez un robot et a ainsi pu simuler la marche bipède.
Les résultats sont publiés dans la revue Advanced Intelligent Systems .
« Les systèmes biologiques peuvent générer des mouvements complexes grâce à l'interaction entre leur organisme et leur environnement. En intégrant directement des réflexes à la structure mécanique d'un robot, nous visons à créer des systèmes plus simples capables de générer des mouvements sans recourir à une commande électronique complexe », explique Dai Owaki, professeur associé à l'École supérieure d'ingénierie de l'Université de Tohoku.
Un retour d'information purement mécanique sur la longueur des muscles permet un contrôle réflexe incarné chez un robot musculo-squelettique. Crédit : Jellyfish Cyborg Tohoku
Le mouvement humain repose sur des réflexes qui répondent automatiquement aux informations sensorielles. Le réflexe rotulien, par exemple, provoque la contraction du quadriceps lorsqu'on percute le tendon situé sous la rotule. D'autres réflexes musculaires contribuent à stabiliser les mouvements des jambes lors de la marche et à soutenir le poids du corps en position debout. La reproduction de ces mécanismes pourrait servir de base au contrôle des robots.
Cependant, la mise en œuvre de réflexes dans les robots musculo-squelettiques nécessite généralement des capteurs électroniques complexes pour surveiller l'état des muscles artificiels. Ces composants peuvent accroître la complexité du système, les besoins en calcul et la consommation d'énergie.
Pour relever ce défi, l'équipe de recherche a mis au point un module de réflexe mécanique qui combine détection, calcul et actionnement au sein de sa structure physique. Ce module détecte mécaniquement lorsqu'un muscle artificiel s'étire au-delà d'un seuil prédéfini et le contracte automatiquement en conséquence. Inspiré des fuseaux neuromusculaires , structures sensorielles des muscles humains, le mécanisme peut également ajuster son seuil d'activation.
Intégré à des robots musculosquelettiques, le module a reproduit avec succès le réflexe rotulien. Les chercheurs ont ensuite combiné ce réflexe mécanique à un système de contrôle de niveau supérieur qui ajustait le seuil d'activation en fonction de la phase du mouvement. Ceci a permis au robot de simuler la marche bipède.
Ces résultats montrent que les fonctions sensori-motrices essentielles peuvent être intégrées directement à la structure mécanique d'un robot, plutôt que de dépendre entièrement d'une commande électronique conventionnelle. Cette approche pourrait servir de base à la conception de robots musculosquelettiques moins complexes, moins gourmands en ressources de calcul et moins énergivores.
L'équipe prévoit de combiner des modules de réflexes mécaniques avec un contrôle électronique minimal afin de développer des robots dotés d'un nombre beaucoup plus important de muscles artificiels.
Source : tohoku.ac.jp