Le robot à quatre pattes peut reproduire le mouvement animal avec moins d’actionneurs

De nombreux systèmes robotiques développés au cours des dernières décennies sont inspirés par des animaux à quatre pattes (c’est-à-dire quadrupèdes), comme les chiens, les guépards et les chevaux. En reproduisant les mouvements agiles de ces animaux, les robots quadrupèdes pourraient se déplacer rapidement sur le sol, traversant de longues distances sur divers terrains et terminer rapidement les missions.

Mais reproduisant de manière réaliste et robuste les mouvements fluides observés chez les animaux en utilisant systèmes robotiques peut être très difficile. Alors que certains robots à quatre pattes existants se sont révélés très agiles et sensibles aux changements dans leur environnement, ces systèmes intègrent généralement des actionneurs avancés et des composants de calcul qui consomment beaucoup d’énergie.

Les chercheurs de Create Lab et de l’Université de technologie de Delft d’EPFL (TU Delft) ont récemment développé un nouveau robot à quatre pattes appelé PAWS (automates passives avec des synergies), qui pourraient reproduire les mouvements fluides et adaptatifs des animaux en utilisant moins d’agresseurs. Ce robot, présenté Dans un article dans Intelligence de la machine de la natureexploite des synergies dits moteurs, qui sont des modèles coordonnés d’activation musculaire qui permettent aux animaux d’effectuer des mouvements agiles consommant moins d’énergie.

« La conception robotique est fortement inspirée par des exemples biologiques », a déclaré à Tech Xplore de Francesco Stella et Mickael Achkar, les premiers auteurs du journal. « Cependant, le processus d’extraction des caractéristiques de conception de la nature dépend souvent fortement de l’intuition humaine et de l’expertise. Nous voulions trouver une manière plus structurée et méthodologique de le faire. »

Contrairement à d’autres robots quadrupèdes qui exécutent leurs mouvements via des stratégies de contrôle actif, les PAWS se déplacent également en tirant parti des connexions flexibles entre ses joints, appelés couplages mécaniques conformes. Cela lui permet d’effectuer de manière réaliste des mouvements dynamiques qui ressemblent à 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 modèles d’activation à travers différents groupes musculaires (plutôt que les muscles individuels) pour permettre un mouvement efficace », a expliqué Stella et Achkar.

« Dans notre article, nous avons commencé avec des données réelles de chiens pour capturer leurs principales synergies de mouvement, puis nous les avons traduites par calcul dans un système axé sur les tendons avec moins de moteurs que les articulations. Tirant cet ensemble d’actionnement réduit, nous avons conçu des pattes par calcul (automates passives avec des synergies). »

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

De plus, en intégrant seulement quatre actionneurs contrôlés indépendants, les chercheurs ont réussi à faire des PAWS d’exécuter différentes allures animales (c’est-à-dire des styles de déménagement), notamment accroupi, debout, marche, galopage et saut. Leur quadrupède robot pourrait bientôt être amélioré et testé plus loin dans d’autres expériences, pour valider son potentiel pour résoudre divers problèmes réels.

« Notre conception démontre le niveau de robustesse réalisable dans les corps passifs grâce à un couplage et à une conformité déterminés, et qu’avec un minimum d’actionnement, il est possible de maintenir les avantages de la dynamique naturelle tout en atteignant divers comportements et interactions avec l’environnement », a ajouté Stella et Achkar.

« Nous poursuivons activement cette recherche en examinant comment la détection minimale et les boucles de rétroaction simples pourraient encore augmenter la stabilité de notre système. Nous voulons trouver des moyens de continuer à tirer parti de la dynamique passive du système tout en augmentant sa diversité dans les comportements. »

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