Nana Obayashi met au point un poisson robotique à taille variable, adaptable à l’étude des ruisseaux peu profonds comme des eaux libres.
ScaFi, un poisson robot conçu pour être construit en plusieurs tailles à partir d’un seul plan, repose au bord de l’eau. Sa queue en tissu rouge et son squelette flexible en fibre de verre s’étendent depuis une section avant rigide motorisée.
Les véhicules sous-marins à hélices aident depuis longtemps les scientifiques à explorer et à surveiller les milieux aquatiques. Cependant, leur fonctionnement est limité par leur propre mécanique : les hélices en rotation peuvent s’accrocher à la végétation, remuer les sédiments et effrayer la faune qu’ils sont souvent utilisés pour étudier, ce qui les rend peu adaptés aux ruisseaux peu profonds, aux herbiers denses ou aux rencontres rapprochées avec les poissons.
C’est pourquoi les roboticiens ont passé des années à concevoir des machines qui nagent comme des poissons, en pliant leur corps plutôt qu’en actionnant une hélice. Le problème, c’est que la plupart des robots inspirés des poissons sont conçus pour une taille et une tâche spécifiques ; les adapter à une taille supérieure ou inférieure implique donc généralement de repartir de zéro.
Une équipe d’ingénieurs affirme avoir trouvé une solution à ce problème. Ils ont dévoilé ScaFi, un robot inspiré de poissons comme la morue et le maquereau. Ces poissons nagent en concentrant la majeure partie de leur corps vers l’extrémité de la queue, un style de nage qui, dans la nature, s’applique à une gamme de tailles corporelles exceptionnellement large.
« Actuellement, si l’on veut surveiller un ruisseau puis un lac, il faut deux robots différents, conçus et testés de A à Z », explique Nana Obayashi , professeure adjointe de génie mécanique et aérospatial à NYU Tandon et membre du corps professoral du Centre de robotique et d’intelligence incarnée de NYU , qui a dirigé le projet pendant son doctorat à l’EPFL . « Les environnements qui nous intéressent ne sont pas uniformes, et nous pensons que les outils devraient l’être aussi. »
Comme décrit dans un article de npj Robotics, ScaFi possède une partie avant rigide et une queue flexible composée de tiges en fibre de verre. Un seul moteur actionne deux tendons qui se croisent près de l’extrémité de la queue, produisant la courbure en « S » nécessaire à la nage, à l’instar des poissons.
Seul le diamètre des tiges formant la queue doit varier en fonction de la taille du robot. Leur épaisseur augmente proportionnellement à la taille du robot afin de préserver un comportement similaire de la flexion de la queue. Le mécanisme moteur sous-jacent et le système de tendons croisés restent inchangés.
C’est important car cela pourrait réduire les efforts d’ingénierie nécessaires à la construction de robots nageurs adaptés à différents environnements. Cela offre également aux chercheurs une plateforme pour étudier comment les performances de nage varient en fonction de l’échelle, une question difficile à étudier systématiquement chez les animaux ou les robots conçus sur mesure.
L’équipe a construit trois robots — mesurant respectivement environ 0,6, 1,1 et 2,9 mètres de long — et a testé leurs performances de nage. Le plus petit produisait des remous similaires à ceux laissés par de vrais poissons. Pour les trois robots, les mouvements de nage étaient très proches une fois ajustés à la taille du corps, ce qui, selon les auteurs, prouve que leur méthode de mise à l’échelle a permis de préserver la nage de type poisson, même lorsque les robots ont presque quintuplé de longueur.
Ils ont également déployé les robots sur le terrain : le robot de taille moyenne dans un ruisseau suisse, le plus grand sur le lac Léman et le plus petit dans des criques de seulement 15 à 30 centimètres de profondeur. Lors du test en ruisseau, le robot a continué à nager même après une perte de signal GPS.
L’efficacité énergétique s’est avérée plus difficile à optimiser. Les deux robots les plus petits ont affiché des performances similaires, mais le plus grand s’est révélé systématiquement moins efficace et a nécessité un moteur différent, plus puissant. Les auteurs suggèrent que la résistance de l’air et l’inertie pourraient être en cause, bien que la cause exacte reste inconnue. Cela signifie que l’équipe a optimisé le mouvement de nage lui-même plus efficacement que l’énergie nécessaire à sa production.
Un compromis similaire est apparu lors des tests de perturbation. Le plus petit robot était le plus agile, mais sa récupération après avoir été dévié de sa trajectoire était la plus lente, tandis que les plus grands robots étaient moins agiles, mais plus stables.
Les chercheurs suggèrent que la même approche — une mise à l’échelle autour d’un paramètre structurel clé — pourrait s’appliquer à d’autres robots souples, y compris ceux évoluant hors de l’eau. Reste à savoir si les performances énergétiques peuvent être optimisées avec autant de succès que pour la nage.
Cette étude s’inscrit dans le cadre des efforts plus vastes déployés à NYU Tandon en matière de robotique aquatique. Les recherches du professeur Christopher Clark , rattaché à l’industrie, portent notamment sur les systèmes robotiques sous-marins autonomes destinés à l’exploration et à la surveillance environnementale, tandis que celles du professeur Maurizio Porfiri, de l’Institut, ont été des pionniers dans l’utilisation de poissons robots biomimétiques pour étudier et influencer le comportement animal.
https://engineering.nyu.edu/news/robot-grows-fish-not-machine
