Robocoq, le robot à la chair de poule
De l’œuf ou de la poule, les chercheurs ont fait leur choix : le robot qu’ils fabriqueront sera un oiseau adulte.
Entamé en septembre 2002, le projet Robocoq vise en effet à reproduire le système de locomotion de l’animal mais aussi à doter le robot ornithoïde d’une vision stabilisée. Regroupant des chercheurs du Muséum national d’histoire naturelle, du Laboratoire de robotique de Versailles et du Laboratoire de neurobiologie des réseaux sensorimoteurs, ce défi insolite, soutenu par le programme Robea, s’apprête à rentrer dans sa phase de conception technologique, après une étude très précise menée sur le volatile. Petit retour en arrière...
La première étude a concerné le mouvement locomoteur de la caille. "Les oiseaux sont les seuls bipèdes stricts avec les hommes, rappelle Anick Abourachid, chercheuse au Muséum et porteuse du projet Robocoq. Néanmoins, leur système locomoteur, qui leur a permis de coloniser tous les milieux, est très différent du nôtre : alors que les jambes de l’être humain ne compte que deux segments longs, les oiseaux en disposent de trois, disposés en «Z» avec un fémur très oblique." A première vue, cette réflexion a de quoi surprendre le néophyte : en effet, le genou de la caille n’est pas l’articulation visible qui semble inversée par rapport au genou humain ; il s’agit de sa cheville ! Le genou de la caille se situe en fait à l’abri des regards, sous le plumage de l’animal.
L’oiseau marche sans muscle dans le pied
Pour reproduire cette locomotion si particulière, les chercheurs ont dû mettre au point un protocole expérimental unique au monde. "L’objectif était de comprendre précisément le modèle avien de la bipédie, précise Mme Abourachid. Pour cela, nous devions visualiser la cinématique de la marche en trois dimensions, ce qui n’avait encore jamais été fait." L’oiseau a alors été placé sur un tapis roulant couplé à l’appareil de cinéradiographie du Muséum, ce dernier permettant de filmer le squelette de l’animal en mouvement. En parallèle, une «plateforme de forces», chargée de mesurer les pressions exercées par la caille sur le tapis au fil du temps, a permis de recueillir des données dynamiques d’une valeur rare. Résultat ? Les chercheurs ont réussi à décrire et quantifier les quatre principales étapes du mouvement de la patte.
Ainsi, se succèdent dans l’ordre la phase d’appui, de prélever, d’escamotage et de positionnement. Différentes dissections d’une patte d’oiseau avaient auparavant permis aux chercheurs de visualiser certaines caractéristiques aviennes, comme par exemple l’absence de muscle dans le pied de l’animal. D’autres expériences doivent encore être menées dans le but d’affiner cette compréhension du système locomoteur de l’animal avant de passer à la phase de conception du robot. "Quand viendra l’heure de la réalisation technologique, nous nous servirons de nos précédents travaux sur les allures de marche, explique Vincent Hugel, chercheur au Laboratoire de robotique de Versailles. Nous pourrons ainsi utiliser les lois de commande que nous avons définies dans le cadre de nos recherches sur l’humanoïde au JRL(1) ."
Les oiseaux au secours des robots à pattes pour comprendre le processus de stabilisation de la vision
Le second centre d’intérêt des chercheurs tient dans la capacité de la caille à stabiliser son regard lorsqu’elle se meut dans son environnement. Si le va-et-vient de la tête des oiseaux comme les pigeons ou les poules vous a déjà interpellé, sachez qu’il ne constitue en rien un tic ou un geste superfétatoire chez l’animal. Au contraire. "Ce mouvement répétitif appelé head-bobbing est un réflexe visuel, synchronisé au cycle locomoteur, qui lui permet de stabiliser une image sur la rétine, explique Anick Abourachid. Tout d’abord, la tête est projetée vers l’avant. Dans une deuxième phase dite de stabilisation, la tête reste fixe par rapport à l’environnement alors que le reste du corps continue à avancer en ligne droite."
Pendant ce déplacement, l’image du monde environnant est conservée sur la rétine et la caille, comme un certain nombre d’oiseaux, continue ainsi à disposer d’une vision nette, même en mouvement. Pour mieux comprendre ce mécanisme, le groupe de chercheurs a fait voir du pays à une caille, au travers de différentes expériences menées avec le tapis roulant et un système de défilement visuel : un décor qui bouge dans le même sens et à la même vitesse que le tapis roulant, puis un décor immobile et enfin l’obscurité. Et si cela peut paraître surprenant, le réflexe du head-bobbing n’avait encore jamais été étudié dans ces différentes conditions expérimentales !
Ces travaux ont permis par exemple de mettre en évidence la double nature du réflexe : si l’origine visuelle du head-bobbing est primordiale, la participation du système vestibulaire de l’animal ne doit pas être négligée. "Si nous parvenons à stabiliser la vision du RoboCoq, cela constituera une avancée certaine pour la robotique téléopérée, confie Vincent Hugel. En effet, si les robots à roues renvoient une image assez propre aux personnes qui les dirigent à distance, les robots à pattes offrent quant à eux des vues bien trop mouvementées."
Locomotion et vision sont donc les deux grandes thématiques de ce projet peu commun. Une chose est sûre : si les chercheurs parviennent à réaliser leur poule aux œufs d’or, la biologie y gagnera autant que la robotique. Et une fois de plus, cette dernière affirmera bien sa place au carrefour de toutes les disciplines scientifiques.
(1) Créé le 8 décembre 2003, le Joint Robotics Laboratory est un laboratoire commun entre le CNRS et l'ASTI, l'institut national japonais de la science (voir le communiqué de presse sur la création du JRL).
Robocoq