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Brevets et licences

Un nouveau capteur de force conçu grâce à l’étude des primates

Comment de petits mammifères arboricoles saisissent les branches pour se déplacer ? Pour le savoir, une doctorante du Centre de recherche sur la paléobiodiversité et les paléoenvironnements1 a mis au point un capteur de force qui pourrait trouver d'autres applications en biomécanique et en robotique.

De l'origine des primates à la technologie d'un capteur... C'est pour mener sa propre recherche sur l'évolution de certains caractères clés des primates que Séverine Toussaint, doctorante au Centre de recherche sur la paléobiodiversité et les paléoenvironnements1, a développé un capteur innovant. La chercheuse voulait en effet mesurer les forces exercées par les pieds et les mains de petits mammifères arboricoles pendant leur locomotion. La mesure de l'intensité et de la direction des forces exercées par des espèces actuelles, en lien avec leur morphologie, comparée à celle de spécimens fossiles, doit permettre d'élaborer des scénarios de l'apparition de caractères spécifiques des primates : le pouce opposable, et la présence d'ongles et non de griffes au bout des doigts.

« Il n'existait pas de capteur permettant de mesurer ces forces avec une résolution spatiale suffisante, sur des mains et des pieds qui font environ 4 cm de longueur », raconte Séverine Toussaint. A son projet de recherche déjà interdisciplinaire – paléontologie, biomécanique et science du comportement - la chercheuse a donc ajouté une composante technologique, en concevant le capteur breveté2 qui lui permet de mener à bien ses recherches. Une invention réalisée en collaboration avec Artémis Llamosi, à l'époque doctorant au laboratoire Matière et systèmes complexes3.

Développé avec le soutien de la SATT Lutech, le capteur est constitué d'une matrice de cellules déformables, qui détectent l'intensité et la direction des forces avec une résolution millimétrique. Chaque cellule est fabriquée dans un polymère souple et transparent, qui contient une bille réflectrice. Quatre fibres optiques sont connectées sur la cellule, l'une pour injecter de la lumière vers la bille, les trois autres pour capter la lumière réfléchie et déterminer le déplacement de la bille par triangulation. Un démonstrateur fonctionnel, réalisé en forme de branche, a été testé en conditions réelles au Parc zoologique et botanique de Mulhouse, avec de petits lémuriens (voir photo). Les résultats obtenus, pour des mesures de forces entre 0 et 2,5 newtons (N), correspondent au cahier des charges fixé dans le cadre de la thèse sur l'évolution des primates.

Mais d'autres plages de mesures sont possibles, en faisant varier la dureté du polymère. Et surtout, le même principe permet de réaliser des capteurs de différentes formes. Il est donc possible d'utiliser ce type de mesure pour étudier d'autres animaux. Mais aussi de transférer la technologie vers des secteurs très différents comme la biomécanique, la podologie, et même la robotique. En effet, la cobotique, qui associe le travail d'un homme et d'un robot, exige que ce dernier ait une perception fine de ses contacts avec les humains. Un démonstrateur « industriel » a déjà été fabriqué, afin de montrer les capacités de la technologie aux industriels intéressés. En parallèle Séverine Toussaint prépare un deuxième prototype en forme de branche, de plus gros diamètre. Et commence à analyser les données recueillies avec les animaux, dans le but de mieux comprendre le rôle du pouce opposable et des ongles dans la préhension.

 

 

1 CNRS / MNHN / UPMC

2 Brevet WO201702561, en copropriété CNRS/MNHN/UPM/Université Paris Diderot, « Capteur de force » déposé le 11/08/2016.

3 CNRS / Université Paris-Diderot

 

Contact :

 

Séverine Toussaint / Centre de recherche sur la paléobiodiversité et les paléoenvironnements / severine.toussaint@mnhn.fr