Robots vs animaux : qui gagne la course en milieu naturel ?

résumé: Les chercheurs ont découvert si les robots modernes peuvent surpasser les organismes biologiques en termes de vitesse et d’agilité. L’étude a conclu que malgré les progrès de l’ingénierie, les animaux surpassent toujours les robots en termes d’efficacité locomotrice dans les environnements naturels.

Les chercheurs ont découvert que l’intégration de composants robotiques n’est pas à la hauteur du processus cohérent au niveau du système observé chez les animaux. Cette vision conduit au développement de systèmes robotiques plus intégrés et adaptables, inspirés de la conception de la nature.

Faits marquants:

1. Efficacité robotique versus biologique: L'étude confirme que les sous-systèmes robotiques individuels tels que la puissance et l'actionnement peuvent égaler ou dépasser leurs homologues biologiques, mais que les robots ne fonctionnent pas aussi bien que les animaux lorsque ces systèmes sont combinés.
2. Des modèles biologiques inspirants: La recherche met en évidence comment les animaux, tels que les araignées-loups et les cafards, excellent sur des terrains et des tâches complexes en raison de leurs systèmes biologiques intégrés et polyvalents.
3. Tendances futures en ingénierie: Les résultats encouragent les ingénieurs à repenser la conception des robots et appellent à une approche plus intégrée similaire aux systèmes biologiques, où différentes fonctions sont combinées au sein de composants uniques.

source: Université du Colorado

La question est peut-être une version du XXIe siècle du conte de la tortue et du lièvre : qui gagnerait dans une course à pied entre un robot et un animal ?

Dans un nouvel article de perspective, une équipe d'ingénieurs des États-Unis et du Canada, dont le roboticien Kaushik Jayaram de l'Université du Colorado à Boulder, a tenté de répondre à ce mystère.

Le groupe a analysé les données de dizaines d’études et est parvenu à un « non » catégorique. Dans presque tous les cas, les créatures biologiques, comme les guépards, les cafards et même les humains, semblent capables de surpasser leurs homologues robotiques.

Les chercheurs, dirigés par Samuel Borden de l'Université de Washington et Maxwell Donnellan de l'Université Simon Fraser, ont publié leurs résultats la semaine dernière dans la revue. Robotique scientifique.

« En tant qu'ingénieur, c'est plutôt ennuyeux », a déclaré Jayaram, professeur adjoint au département de génie mécanique Paul M. Rady de l'Université du Colorado à Boulder. « En plus de 200 ans d'ingénierie approfondie, nous avons pu envoyer des vaisseaux spatiaux sur la Lune, sur Mars et bien plus encore. Mais il est étonnant que nous ne disposions pas encore de robots qui se déplacent bien mieux dans des environnements naturels que dans des systèmes biologiques. »

Il espère que cette étude incitera les ingénieurs à apprendre à construire des robots plus intelligents et plus adaptables. Les chercheurs ont conclu que l’incapacité des robots à surpasser les animaux n’est pas due à une déficience d’une seule pièce de machine, telle que les batteries ou les moteurs. Au lieu de cela, les ingénieurs peuvent avoir du mal à faire fonctionner efficacement ces pièces ensemble.

Cette quête est l'une des principales passions de Jayaram. Son laboratoire sur le campus de CU Boulder abrite de nombreuses bestioles effrayantes, dont plusieurs araignées-loups à fourrure de la taille d'un demi-dollar.

« Les araignées-loups sont des chasseurs naturels », a déclaré Jayaram. « Ils vivent sous les rochers et peuvent courir sur des terrains complexes à une vitesse incroyable pour attraper des proies. »

Il imagine un monde dans lequel les ingénieurs construisent des robots qui agissent davantage comme ces araignées inhabituelles.

« Les animaux sont, dans une certaine mesure, l'incarnation de ce principe de conception ultime, un système qui fonctionne bien ensemble », a-t-il déclaré.

Énergie des cafards

Question « Qui peut mieux courir, les animaux ou les robots ? » C'est compliqué parce que l'opération elle-même est compliquée.

Dans des recherches antérieures, Jayaram et ses collègues de l’Université Harvard ont conçu un groupe de robots cherchant à imiter le comportement aversif des blattes. Le modèle HAMR-Jr de l'équipe tient dans une pièce de monnaie et fonctionne à des vitesses équivalentes à celle d'un guépard. Mais, a noté Jayaram, même si le HAMR-Jr peut avancer et reculer, il ne se déplace pas bien d'un côté à l'autre ou sur un terrain accidenté.

En revanche, l’humble cafard n’a aucun problème à courir sur des surfaces allant de la porcelaine à la terre et au gravier. Ils peuvent également abattre les murs et se faufiler à travers de petites fissures.

Pour comprendre pourquoi cette diversité constitue un défi pour la robotique, les auteurs de la nouvelle étude ont divisé ces machines en cinq sous-systèmes : puissance, châssis, actionnement, détection et contrôle. À la surprise du groupe, quelques-uns de ces sous-systèmes semblaient être en deçà de leurs homologues animaux.

Par exemple, les batteries lithium-ion de haute qualité peuvent fournir jusqu’à 10 kilowatts d’énergie pour chaque kilogramme (2,2 livres) qu’elles pèsent. En revanche, les tissus animaux en produisent environ un dixième. Pendant ce temps, les muscles sont loin d’égaler le couple absolu de nombreux moteurs.

« Mais au niveau du système, les robots ne sont pas bons », a déclaré Jayaram. « Nous sommes confrontés à des compromis inhérents à la conception. Si nous essayons d’améliorer une chose, comme la vitesse d’avancement, nous risquons de perdre autre chose, comme la capacité de tourner.

Les sens de l'araignée

Alors, comment les ingénieurs peuvent-ils construire des robots qui, comme les animaux, sont plus que la somme de leurs parties ?

Jayaram a noté que les animaux ne sont pas divisés en sous-systèmes distincts de la même manière que les robots. Par exemple, vos quadriceps propulsent vos jambes comme les moteurs HAMR-Jr propulsent vos membres. Mais les quadriceps produisent également leur propre force en décomposant les graisses et les sucres et en intégrant des cellules nerveuses capables de ressentir la douleur et la pression.

Jayaram pense que l'avenir de la robotique pourrait se limiter à des « sous-unités fonctionnelles » qui font la même chose : au lieu de séparer les alimentations des moteurs et des circuits imprimés, pourquoi ne pas les intégrer toutes dans une seule pièce ?

Dans un article de 2015, l’informaticien Nicholas Curiel, qui n’a pas participé à l’étude actuelle, a proposé de tels « matériaux robotiques » théoriques qui agiraient davantage comme des quads.

Les ingénieurs sont encore loin d’atteindre cet objectif. Certains, comme Jayaram, font des pas dans cette direction, comme avec le robot insecte arthropode articulé (CLARI) de son laboratoire, un robot à plusieurs pattes qui se déplace un peu comme une araignée.

Jayaram a expliqué que CLARI est basé sur une conception modulaire, chacune de ses jambes agissant comme un robot autonome avec son propre moteur, ses capteurs et ses circuits de commande. La nouvelle version améliorée de l'équipe, appelée mCLARI, peut se déplacer dans toutes les directions dans des espaces restreints, une première pour les robots à quatre pattes.

C'est une autre chose que des ingénieurs comme Jayaram peuvent apprendre de ces chasseurs par excellence, les araignées-loups.

« La nature est un professeur très utile. »

À propos de l'actualité de la recherche en robotique et neurotechnologie

auteur: Daniel Strain
source: Université du Colorado
communication: Daniel Strain – Université du Colorado
image: Image créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« Pourquoi les animaux peuvent-ils surpasser les robots ?« Par Kaushik Jayaram et al. Robotique scientifique

un résumé

Pourquoi les animaux peuvent-ils surpasser les robots ?

Les animaux courent bien mieux que les robots. La différence de performances réside dans les dimensions importantes que sont l’agilité, l’autonomie et la durabilité.

Pour comprendre les raisons de cet écart de performances, nous comparons les technologies naturelles et artificielles dans cinq sous-systèmes opérationnels critiques : puissance, châssis, actionnement, détection et contrôle.

À quelques exceptions près, les technologies techniques atteignent ou dépassent les performances de leurs homologues biologiques.

Nous concluons que l'avantage de la biologie sur l'ingénierie découle d'une meilleure intégration des sous-systèmes, et nous identifions quatre obstacles clés que les roboticiens doivent surmonter.

Pour atteindre cet objectif, nous mettons en évidence des orientations de recherche prometteuses qui ont un énorme potentiel pour aider les futurs robots à atteindre des performances au niveau animal.