Ce mois-ci, des scientifiques ont publié des images rares de l'un des requins les plus insaisissables de l'Arctique. Les résultats démontrent que, malgré les nombreuses avancées technologiques de ces dernières années, il reste une tâche difficile de documenter la vie marine de près.

Mais les informaticiens du MIT pensent avoir une solution possible :utiliser des robots.

Dans un article publié aujourd'hui, une équipe du Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL) du MIT a dévoilé « SoFi, " un poisson robotique doux qui peut nager indépendamment aux côtés de vrais poissons dans l'océan.

Lors de plongées d'essai dans le Rainbow Reef aux Fidji, SoFi a nagé à des profondeurs de plus de 50 pieds pendant 40 minutes d'affilée, gérer les courants avec agilité et prendre des photos et des vidéos haute résolution en utilisant (quoi d'autre?) Un objectif fisheye.

Utilisant sa queue ondulante et une capacité unique à contrôler sa propre flottabilité, SoFi peut nager en ligne droite, tourner, ou plonger vers le haut ou vers le bas. L'équipe a également utilisé une manette Super Nintendo étanche et développé un système de communication acoustique personnalisé qui leur a permis de modifier la vitesse de SoFi et de lui faire effectuer des mouvements et des virages spécifiques.

"A notre connaissance, c'est le premier poisson robotique qui peut nager sans attache en trois dimensions pendant de longues périodes, " déclare Robert Katzschmann, candidat au doctorat du CSAIL, auteur principal du nouvel article de revue publié aujourd'hui dans Robotique scientifique . "Nous sommes enthousiasmés par la possibilité de pouvoir utiliser un système comme celui-ci pour se rapprocher de la vie marine que les humains peuvent obtenir par eux-mêmes."

Katzschmann a travaillé sur le projet et a écrit l'article avec la directrice de CSAIL Daniela Rus, l'étudiant diplômé Joseph DelPreto et l'ancien postdoctorant Robert MacCurdy, qui est maintenant professeur adjoint à l'Université du Colorado à Boulder.

Comment ça fonctionne

Les véhicules sous-marins autonomes (AUV) existants sont traditionnellement attachés à des bateaux ou propulsés par des hélices encombrantes et coûteuses.

En revanche, SoFi a une configuration beaucoup plus simple et plus légère, avec une seule caméra, un moteur, et la même batterie au lithium polymère que l'on trouve dans les smartphones grand public. Pour faire nager le robot, le moteur pompe de l'eau dans deux chambres en forme de ballon dans la queue du poisson qui fonctionnent comme un ensemble de pistons dans un moteur. Au fur et à mesure qu'une chambre s'agrandit, il se plie et fléchit d'un côté; lorsque les actionneurs poussent l'eau vers l'autre canal, que l'on se plie et fléchit dans l'autre sens.

Ces actions alternées créent un mouvement latéral qui imite le mouvement d'un vrai poisson. En changeant ses modèles de flux, le système hydraulique permet différentes manœuvres de queue qui se traduisent par une gamme de vitesses de nage, avec une vitesse moyenne d'environ la moitié de la longueur du corps par seconde.

"Les auteurs montrent un certain nombre de réalisations techniques dans la fabrication, mise sous tension, et une résistance à l'eau qui permettent au robot de se déplacer sous l'eau sans attache, " dit Cécilia Laschi, professeur de biorobotique à la Sant'Anna School of Advanced Studies de Pise, Italie. "Un robot comme celui-ci peut aider à explorer le récif de plus près que les robots actuels, à la fois parce qu'il peut se rapprocher de manière plus sûre pour le récif et parce qu'il peut être mieux accepté par les espèces marines."

Toute la moitié arrière du poisson est en caoutchouc de silicone et en plastique souple, et plusieurs composants sont imprimés en 3D, y compris la tête, qui contient toute l'électronique. Pour réduire le risque de fuite d'eau dans les machines, l'équipe a rempli la tête avec une petite quantité d'huile pour bébé, car c'est un fluide qui ne se comprime pas à cause des changements de pression pendant les plongées.

En effet, l'un des plus grands défis de l'équipe était de faire nager SoFi à différentes profondeurs. Le robot a deux ailerons sur le côté qui ajustent le pas du poisson pour la plongée de haut en bas. Pour régler sa position verticalement, le robot a un compartiment de poids réglable et une "unité de contrôle de la flottabilité" qui peut changer sa densité en comprimant et en décompressant l'air.

Katzschmann dit que l'équipe a développé SoFi dans le but d'être le moins perturbateur possible dans son environnement, du bruit minimal du moteur aux émissions ultrasonores du système de communication de l'équipe, qui envoie des commandes en utilisant des longueurs d'onde de 30 à 36 kilohertz.

"Le robot est capable d'observations et d'interactions étroites avec la vie marine et ne semble pas déranger les vrais poissons, " dit Rus.

Le projet fait partie d'un plus grand corpus de travail au CSAIL axé sur les robots mous, qui ont le potentiel d'être plus sûrs, plus robuste, et plus agiles que leurs homologues au corps dur. Les robots souples sont à bien des égards plus faciles à contrôler que les robots rigides, puisque les chercheurs n'ont pas à se soucier autant d'avoir à éviter les collisions.

« L'évitement des collisions entraîne souvent des mouvements inefficaces, puisque le robot doit se contenter d'une trajectoire sans collision, " dit Rus, le professeur Andrew et Erna Viterbi de génie électrique et d'informatique au MIT. "En revanche, un robot mou n'a pas seulement plus de chances de survivre à une collision, mais pourrait l'utiliser comme information pour informer un plan de mouvement plus efficace la prochaine fois."

Dans les prochaines étapes, l'équipe travaillera sur plusieurs améliorations sur SoFi. Katzschmann prévoit d'augmenter la vitesse du poisson en améliorant le système de pompe et en peaufinant la conception de son corps et de sa queue.

Il dit qu'ils prévoient également d'utiliser bientôt la caméra embarquée pour permettre à SoFi de suivre automatiquement de vrais poissons, et de créer des SoFi supplémentaires pour que les biologistes étudient comment les poissons réagissent aux différents changements de leur environnement.

"Nous considérons SoFi comme une première étape vers le développement d'une sorte d'observatoire sous-marin, " dit Rus. " Il a le potentiel d'être un nouveau type d'outil pour l'exploration des océans et d'ouvrir de nouvelles voies pour découvrir les mystères de la vie marine. "

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.