Une étude révèle que les composants techniques des robots dépassent souvent leurs équivalents biologiques, mais que les animaux surpassent les robots en termes de fonctionnalité globale du système, ce qui indique que l'intégration est le domaine clé de l'amélioration de la robotique. Crédit : Issues.fr.com
Malgré des composants individuels supérieurs, les robots sont à la traîne des animaux en termes de performances globales, ce qui suggère une orientation future vers une meilleure intégration et un meilleur contrôle des systèmes en robotique.
Les ingénieurs en robotique travaillent depuis des décennies et investissent plusieurs millions de dollars dans la recherche pour tenter de créer un robot capable de marcher ou de courir aussi bien qu'un animal. Et pourtant, il n’en demeure pas moins que de nombreux animaux sont capables d’exploits qui seraient impossibles aux robots qui existent aujourd’hui.
« Un gnou peut migrer sur des milliers de kilomètres sur un terrain accidenté, une chèvre de montagne peut escalader une falaise, trouvant des points d'appui qui ne semblent même pas exister, et les cafards peuvent perdre une patte et ne pas ralentir », explique le Dr. Max Donelan, professeur au Département de physiologie biomédicale et de kinésiologie de l'Université Simon Fraser. « Nous n'avons aucun robot capable d'une telle endurance, agilité et robustesse. »
Comparer les robots aux animaux
Pour comprendre pourquoi et quantifier comment les robots sont à la traîne par rapport aux animaux, une équipe interdisciplinaire de scientifiques et d'ingénieurs issus de grandes universités de recherche a réalisé une étude détaillée de divers aspects du fonctionnement des robots, en les comparant avec leurs équivalents chez les animaux, pour un article publié dans Robotique scientifique. L'article révèle que, d'après les mesures utilisées par les ingénieurs, les composants biologiques ont des performances étonnamment médiocres par rapport aux pièces fabriquées. Mais là où les animaux excellent, c’est dans leur intégration et leur contrôle de ces composants.
Aux côtés de Donelan, l’équipe comprenait les Drs. Sam Burden, professeur agrégé au Département de génie électrique et informatique de la Université de Washington; Tom Libby, ingénieur de recherche principal, SRI International ; Kaushik Jayaram, professeur adjoint au département de génie mécanique Paul M Rady de l'Université du Colorado à Boulder ; et Simon Sponberg, professeur agrégé de la famille Dunn de physique et de sciences biologiques au Georgia Institute of Technology.
Les chercheurs ont chacun étudié l’un des cinq « sous-systèmes » différents qui se combinent pour créer un robot en marche – puissance, cadre, actionnement, détection et contrôle – et les ont comparés à leurs équivalents biologiques. Auparavant, il était communément admis que la surperformance des animaux par rapport aux robots devait être due à la supériorité des composants biologiques.
« En fin de compte, à quelques exceptions près, les sous-systèmes d’ingénierie sont plus performants que leurs équivalents biologiques – et parfois même radicalement », explique Libby. « Mais ce qui est également très clair, c'est que si vous comparez les animaux aux robots à l'échelle du système dans son ensemble, en termes de mouvements, les animaux sont étonnants. Et les robots n’ont pas encore rattrapé leur retard.
Aperçu des progrès de la robotique
De manière plus optimiste pour le domaine de la robotique, les chercheurs ont noté que, si l'on compare le temps relativement court dont la robotique a eu pour développer sa technologie avec les innombrables générations d'animaux qui ont évolué sur plusieurs millions d'années, les progrès ont en réalité été remarquablement rapides. .
« Cela ira plus vite, car l’évolution n’est pas dirigée », explique Burden. « Alors que nous pouvons très bien corriger la façon dont nous concevons des robots et apprendre quelque chose dans un robot et le télécharger dans tous les autres robots, la biologie n'a pas cette option. Il existe donc des moyens d’avancer beaucoup plus rapidement lorsque nous concevons des robots que grâce à l’évolution – mais l’évolution a une longueur d’avance considérable.
Plus qu’un simple défi d’ingénierie, les robots efficaces offrent d’innombrables utilisations potentielles. Qu'il s'agisse de résoudre les problèmes de livraison du « dernier kilomètre » dans un monde conçu pour les humains et dans lequel il est souvent difficile de naviguer pour les robots à roues, d'effectuer des recherches dans des environnements dangereux ou de manipuler des matières dangereuses, les applications potentielles de cette technologie sont nombreuses.
Orientations futures en robotique
Les chercheurs espèrent que cette étude contribuera à orienter le développement futur de la technologie robotique, en mettant l’accent non pas sur la construction d’un meilleur matériel, mais sur la compréhension de la manière de mieux intégrer et contrôler le matériel existant. Donelan conclut : « À mesure que l’ingénierie apprendra les principes d’intégration de la biologie, les robots en fonctionnement deviendront aussi efficaces, agiles et robustes que leurs homologues biologiques. »
