Les chercheurs de Carnegie Mellon, en collaboration avec des paléontologues espagnols et polonais, ont créé un modèle robotique souple du pleurocystitide, un ancien échinoderme, pour explorer la biomécanique évolutive et inspirer de nouvelles conceptions robotiques. Ci-dessus, un fossile de pleurocystitide et une réplique de robot pleurocystitide. Crédit : Collège d’ingénierie de l’Université Carnegie Mellon
Des chercheurs du département de génie mécanique de l’université Carnegie Mellon, ainsi que des paléontologues d’Espagne et de Pologne, ont utilisé des archives fossiles pour créer un modèle robotique souple de pleurocystitidé. Cet organisme marin, qui vivait il y a environ 450 millions d’années, serait l’un des premiers échinodermes capables de se déplacer à l’aide d’une tige musculaire.
Percée dans le mouvement et la conception des animaux
Récemment publié dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS)la recherche vise à élargir la perspective moderne de la conception et du mouvement des animaux en introduisant un nouveau domaine d’étude – la paléobionique – visant à utiliser la Softbotics, une robotique dotée d’une électronique flexible et de matériaux souples, pour comprendre les facteurs biomécaniques qui ont conduit l’évolution à l’aide d’organismes éteints.
« Softbotics est une autre approche visant à informer la science en utilisant des matériaux souples pour construire des membres et appendices flexibles de robots. De nombreux principes fondamentaux de la biologie et de la nature ne peuvent être pleinement expliqués que si l’on revient sur la chronologie de l’évolution des animaux. Nous construisons des analogues de robots pour étudier l’évolution de la locomotion », a déclaré Carmel Majidi, auteur principal et professeur de génie mécanique à l’Université Carnegie Mellon.
Aperçus du passé
Alors que le temps passé par l’homme sur Terre ne représente que 0,007 % de l’histoire de la planète, le règne animal moderne qui influence la compréhension de l’évolution et inspire les systèmes mécaniques d’aujourd’hui ne représente qu’une fraction de toutes les créatures qui ont existé au cours de l’histoire.
En utilisant des preuves fossiles pour guider leur conception et une combinaison d’éléments imprimés en 3D et de polymères pour imiter la structure en colonne flexible de l’appendice en mouvement, l’équipe a démontré que les pleurocystitides étaient probablement capables de se déplacer sur le fond marin au moyen d’une tige musculaire qui poussait le corps. animal en avant.
Malgré l’absence d’analogue actuel (les échinodermes ont depuis évolué pour inclure les étoiles de mer et les oursins des temps modernes), les pleurocystitides ont suscité l’intérêt des paléontologues en raison de leur rôle central dans l’évolution des échinodermes.
Une robotique inspirée de la nature
L’équipe a déterminé que les mouvements de balayage larges étaient probablement le mouvement le plus efficace et que l’augmentation de la longueur de la tige augmentait considérablement la vitesse de l’animal sans l’obliger à exercer plus d’énergie.
« Les chercheurs de la communauté de la robotique bio-inspirée doivent choisir les caractéristiques importantes qui méritent d’être adoptées par les organismes », a expliqué Richard Desatnik, doctorant et co-premier auteur.
« Essentiellement, nous devons décider de bonnes stratégies de locomotion pour faire bouger nos robots. Par exemple, un robot étoile de mer aurait-il vraiment besoin d’utiliser 5 membres pour se déplacer ou pouvons-nous trouver une meilleure stratégie ? » » a ajouté Zach Patterson, ancien élève de la CMU et co-premier auteur.
Directions futures
Maintenant que l’équipe a démontré qu’elle peut utiliser Softbotics pour concevoir des organismes disparus, elle espère explorer d’autres animaux, comme le premier organisme capable de voyager de la mer à la terre – quelque chose qui ne peut pas être étudié de la même manière avec du matériel robotique conventionnel. .
« Donner une nouvelle vie à quelque chose qui existait il y a près de 500 millions d’années est passionnant en soi, mais ce qui nous passionne vraiment à propos de cette avancée, c’est tout ce que nous pourrons en tirer », a déclaré Phil LeDuc, co-auteur de l’étude. et professeur de génie mécanique à l’Université Carnegie Mellon. « Nous ne nous contentons pas d’observer les fossiles dans le sol, nous essayons de mieux comprendre la vie en travaillant avec des paléontologues extraordinaires. »
L’étude a été financée par le Consortium National GEM, la Fondation Nationale de la Science, le Bureau de Recherche Scientifique de l’Armée de l’Air, le Programme National de Partenariat Océanographique, le Ministère Espagnol de la Science, de l’Innovation et des Universités, le projet du Gouvernement d’Aragon « Aragosaurus », « Severo Ochoa » et l’Institut national de la santé.
Parmi les autres collaborateurs figurent Przemyslaw Gorzelak, de l’Institut de paléobiologie, de l’Académie polonaise des sciences, et Samuel Zamora, de l’Institut géologique et minier d’Espagne.
