Les trompes d’éléphants contribuent aux compromis force-flexibilité de la robotique traditionnelle
La trompe des éléphants est à la fois puissante et sensible: sa peau épaisse et ridée est résistante et lui confère un sens du toucher remarquable. Cela permet aux éléphants de ressentir les textures, les forces et les formes lorsqu’ils manipulent des objets. La flexibilité des mouvements et la perception tactile s’associent pour créer des tâches préhensiles polyvalentes sans nécessiter d’articulations rigides. Traduisant ces principes naturels en robotique souple, le projet PROBOSCIS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, entend révolutionner la façon dont les robots manipulent les objets, en créant des systèmes inspirés par la dextérité, l’adaptabilité et la résilience de la nature.
Comment la mécanique de la trompe contribue à la conception robotique
Dans la réserve «Adventures with Animals» en Afrique du Sud, des chercheurs ont étudié la manière dont des éléphants dressés se servent de leur trompe pour manipuler des objets de formes et de poids différents. L’équipe de l’université de Genève a utilisé la capture de mouvement(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) pour suivre les mouvements précis de la trompe. En Italie, au ZooSafari de Fasano, des chercheurs de l’Istituto Italiano di Tecnologia et de la Scuola Superiore Sant’Anna ont, respectivement, mesuré les forces de préhension(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à l’aide d’objets conçus sur mesure et ont étudié le comportement d’extension de la trompe. La recherche a été menée en collaboration avec les gardiens d’éléphants afin de garantir le bien-être des animaux. Pour mieux comprendre la structure et l’anatomie complexe de la trompe, les chercheurs ont réalisé une imagerie à haute résolution et une analyse tissulaire de trompes d’éléphants morts de causes naturelles au zoo de Zurich. S’inspirant de ces découvertes, l’équipe de l’IIT a conçu des muscles artificiels, des actionneurs souples et une peau tactile pour un bras robotique. Les matériaux fonctionnels ont été conçus par l’université hébraïque de Jérusalem(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) pour imprimer des composants en mousse à petite échelle, tandis que Photocentric, partenaire de la PME, a perfectionné les techniques d’impression 3D afin de produire des composants souples pour le robot à grande échelle.
Plus de flexibilité avec moins de composants
«Nous avons mis au point un bras robotique léger et souple de près d’un mètre de long, capable de se plier, de se tordre et de se courber pour saisir des objets en s’enroulant autour de ceux-ci. Cela a pu se faire avec seulement quelques actionneurs imitant la capacité de l’éléphant à effectuer des mouvements complexes avec des stratégies très simples», explique Lucia Beccai, coordinatrice du projet. Si les bras continus rencontrent souvent des problèmes tels que des discontinuités mécaniques ou le défi d’équilibrer le poids et la rigidité structurelle (en particulier à grande échelle), cette conception surmonte ces difficultés. Ces problèmes expliquent probablement pourquoi les grands bras continus n’ont pas encore réussi à s’imposer dans les applications industrielles.
Pourquoi la trompe de l’éléphant est-elle un modèle idéal pour la robotique?
L’équipe genevoise a cartographié la répartition complexe des muscles dans les trompes des éléphants, révélant la manière dont ils contrôlent cette structure complexe. «Les éléphants simplifient cette complexité en raidissant certaines parties de la trompe pour guider le mouvement. Il semble que la force exercée sur un objet est finement ajustée au niveau de la partie distale du tronc», explique Lucia Beccai. La peau du tronc est constituée de couches distinctes qui lui confèrent résistance, élasticité et protection tout en demeurant extrêmement sensible. Ces caractéristiques expliquent pourquoi la trompe allie force et délicatesse, ce qui en fait un modèle parfait pour la robotique. L’étude a également révélé que les éléphants utilisent des schémas de mouvement et de retour tactile cohérents et répétitifs pour interagir avec leur environnement. Cela a inspiré des stratégies de contrôle qui permettent aux robots de percevoir et de manipuler les objets de manière plus intuitive et adaptative.
La robotique souple révolutionne divers secteurs d’activité
Les innovations de PROBOSCIS inaugurent des pinces universelles de pointe pour divers domaines, notamment la fabrication, les soins de santé et les opérations de sauvetage. «Dans le secteur de la fabrication, les manipulateurs souples et adaptatifs pourraient à l’avenir manipuler divers objets, y compris des articles déformables, tandis que dans celui-ci de la transformation alimentaire, ils pourraient trier et évaluer en douceur les fruits et légumes sans les endommager», explique Lucia Beccai. «Dans le domaine des soins de santé, ils pourraient aider les personnes âgées ou handicapées à effectuer des tâches telles que soulever ou manipuler des objets. Enfin, lors de missions de sauvetage, ces robots pourraient déblayer les décombres, repérer les victimes et opérer dans des conditions difficiles, dans la fumée ou l’obscurité, là où les systèmes traditionnels échouent.»
