21/05/2013 - Microrobots modulaires imitant les comportements d'êtres biologiques

Menéame

Une équipe d’enquêteurs de la École technique supérieure des ingénieurs industriels de la Université polytechnique de Madrid (UPM), dirigé par Ernesto Gambao, a donné vie mécanique à une série d’éléments micro-robotiques qui représentent une nouveauté par rapport à d’autres créations réalisées jusqu'à présent dans ce domaine: leur hétérogénéité et une architecture de contrôle basée sur des algorithmes génétiques reflétant l’évolution des espèces.

Presque tous les robots existants imitent plus ou moins certaines des qualités des êtres vivants. "Les microrobots que nous avons développés le font dans leur fonctionnement, mais il est également vrai que leur système de contrôle est également basé sur la façon dont les êtres vivants prennent des décisions," explique Gambao. "L’architecture de contrôle globale est basée sur des comportements et chaque comportement s’occupe d’une des caractéristiques du microrobot. La couche de communication est nécessaire pour que les modules et les différents comportements puissent travailler sur des objectifs communs, en obtenant une vision homogène d’un ensemble hétérogène pour atteindre les objectifs de l’ensemble du robot."
 

Un système de contrôle et de communication propre

L’équipe, qui appartient au Département Automatique de l’UPM, définit son invention comme un micro-robot hétérogène, multiconfigurable et de type chaîne, formé d’un ensemble de modules, permettant ainsi une fonctionnalité supérieure à la simple somme de chacun d’eux. Depuis le début de ce travail en 2005, les chercheurs ont développé tous les modules avec un élément commun: un système de contrôle et de communication propre qui leur permet de se reconnaître au moment de l’assemblage.

"La couche de communication est nécessaire pour que les modules et les différents comportements de ceux-ci puissent travailler sur des objectifs communs, en obtenant une vision homogène d’un ensemble hétérogène pour atteindre les objectifs de l’ensemble du robot," indique Gambao

Pour que ces cellules de base se communiquent entre elles, afin de créer un élément plus complexe dont la fonctionnalité est supérieure à la simple somme des capacités de chacune d’elles, il a été nécessaire de doter chaque module d’un petit système de contrôle et d’une interface de communication commune à tous les modules. Cette interface permet la connexion des différents éléments, tant mécanique que électrique.

Un système de communication est inclus dans la connexion électrique, de sorte que cette communication est produite de module à module comme s’il y avait un passage de témoin entre eux. Le résultat final est que le système de contrôle central du microrobot reçoit des informations de chaque module et l’envoie à chacun d’entre eux en formant un ensemble final hétérogène mais interconnecté.
 

Déplacer comme un ver pour économiser de l’énergie

Une autre question fondamentale abordée dans la recherche est la façon dont les microrobots devraient se déplacer en fonction de la surface sur laquelle ils doivent opérer. " Puisque les tâches à accomplir par les microrobots allaient être très diverses, nous avons décidé de développer différents systèmes de locomotion en fonction de la volonté de vitesse élevée, de capacité de rotation ou de faible consommation d’énergie ," note Gambao. " L’objectif a toujours été que les microrobots soient totalement autonomes, mais la technologie actuelle d’approvisionnement en énergie, basée sur des batteries, réduit considérablement le temps maximum de la mission du microrobot, et c’est pourquoi nous devons améliorer cela à l’avenir. L’autonomie est sans aucun doute l’un des principaux problèmes."

La durée de vie des batteries a beaucoup à voir avec le choix du type de locomotion de ces créations mécaniques, car la plus efficace varierait en fonction des tâches à développer. Ainsi, les chercheurs ont constaté que le mouvement de type ver, basé sur un principe d’extension-contraction, était celui dont la consommation d’énergie la plus faible nécessiterait pour le cas spécifique de se déplacer à l’intérieur d’un tuyau.

Dans le cas des microrobots modulaires créés par l’équipe, le mouvement ver Ils l’obtiennent par deux modules de support, utilisés pour fixer le microrobot aux parois de la tuyauterie, et un module d’extension, utilisé pour étendre et contracter le robot (faire avancer) et pour tourner à gauche et à droite. En revanche, ce système de locomotion a l’inconvénient d’une vitesse réduite.

Dans les conduites droites, le système le plus rapide et le plus efficace est le mouvement en hélicoïdal. On a également évoqué le mouvement type serpent qui, bien qu’il soit moins efficace, était le plus polyvalent, puisqu'il fonctionne dans des environnements très divers.
 

Applications pratiques

Plus tard, les chercheurs conduits par Gambao sont parvenus à la conviction que ces microrobots modulaires pourraient avoir d’autres applications pratiques, en plus de l’inspection des tuyaux de petit diamètre. "L’expérience acquise avec les premiers prototypes nous a permis de constater que les systèmes de locomotion développés pour le mouvement à l’intérieur des tuyaux étaient également adaptés pour se déplacer en dehors de ces derniers, de sorte que les prototypes et l’architecture de contrôle peuvent également être utilisés dans des mouvements en espace ouvert. En tout état de cause, en raison de leur taille, les microrobots sont particulièrement utiles pour les tâches d’inspection et d’entretien de petites cavités où il n’est pas possible d’introduire des systèmes de plus grande taille."

Au fur et à mesure que l’enquête progressait, les différents problèmes auxquels ils étaient confrontés étaient résolus. " Quand nous avons commencé l’enquête sur ces robots, la taille de ceux-ci constituait un défi important en soi," affirme Gambao. "Il était nécessaire de penser aux actionneurs, aux capteurs, aux systèmes de contrôle et aux communications capables de s’intégrer dans une taille réduite. C’est la base du concept mécanique, où les conceptions mécaniques, électriques et de contrôle sont entrelacées et doivent être traitées comme un ensemble et non de manière indépendante."

Les chercheurs ont exposé toutes ces expériences lors de congrès de robotique et à travers des articles scientifiques dans plusieurs revues internationales de grande renommée. Et ils promettent de continuer à apporter de nouvelles contributions à mesure que leurs recherches progressent.

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Université polytechnique de Madrid

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