Un cafard pas plus gros qu'un gros trombone court sur le sol du laboratoire d'Abhishek Dutta à l'Université du Connecticut.

Certains scientifiques pourraient être choqués de voir un visiteur aussi notoire occuper leur espace de recherche.

Mais pas Dutta. Il regarde attentivement le gardon se déplacer vers la gauche, et puis à droite, puis reparti, lorsqu'il traverse le sol carrelé froid. Son intérêt est fondé, car c'est lui qui initie les mouvements de la minuscule créature avec un petit appareil portatif à environ 15 pieds de distance.

Le cafard siffleur de Madagascar dans ce laboratoire n'est pas n'importe quel ancien membre de l'ordre des Blattodea. C'est un hybride robot-cafard, un insecte biologique câblé – un cyborg si vous voulez – et ses futurs frères de haute technologie pourraient un jour vous sauver la vie.

"L'utilisation d'insectes comme plates-formes pour de petits robots a un nombre incroyable d'applications utiles, de la recherche et du sauvetage à la défense nationale, " dit Dutta, professeur assistant en génie électrique et informatique spécialisé dans l'optimisation des systèmes de contrôle et les systèmes cyber-physiques.

Les robots cafards ne sont pas nouveaux, toutefois. Les chercheurs ont exploré des plates-formes biorobotiques pour les insectes pendant la majeure partie de la dernière décennie. Mais construire des systèmes robotiques à une telle échelle miniature n'est pas facile, et la technologie semble fonctionner seulement environ la moitié du temps.

Dans un article à paraître prochainement dans Actes de la conférence sur les neurosciences cognitives et computationnelles , Philadelphie 2018, Dutta, et premier cycle Evan Faulkner, un junior travaillant dans son laboratoire, rapportent leur création d'un microcircuit qui, selon eux, permet un contrôle plus fiable et plus précis du mouvement des insectes robotiques.

Pour améliorer le contrôle de l'insecte, Le microcircuit de Dutta intègre une unité de mesure inertielle à 9 axes qui peut détecter les six degrés de mouvement libre du gardon, son accélération linéaire et rotationnelle, et son cap compas. Une autre caractéristique ajoutée par Dutta et Faulkner est la température ambiante entourant la créature, car des tests ont montré que la température de l'environnement dans lequel se déplace un gardon peut affecter comment et où l'insecte se déplace. Cafards, pour mémoire, sont plus susceptibles de se promener lorsqu'il fait chaud.

Le microcircuit créé par Dutta et Faulkner fait partie d'un petit « sac à dos » électronique qui peut être attaché au dos d'un cafard. Les fils de l'appareil sont attachés aux lobes des antennes de l'insecte. Un minuscule émetteur et récepteur Bluetooth permet à un opérateur à proximité de contrôler les mouvements du gardon via un téléphone portable ordinaire. L'envoi de minuscules impulsions électriques au tissu nerveux dans le lobe d'antenne droit ou gauche de l'insecte fait croire à l'insecte qu'il a rencontré un obstacle. Une petite charge sur l'antenne gauche fait s'éloigner l'insecte vers la droite. De même, une charge envoyée à l'antenne droite fait bouger l'insecte vers la gauche. C'est la direction assistée redéfinie.

Alors que d'autres laboratoires ont développé des systèmes de contrôle similaires, Le microcircuit d'UConn se distingue en ce qu'il offre aux opérateurs un plus grand contrôle du mouvement de l'insecte, rétroaction en temps réel de la réponse neuromusculaire de l'insecte à des stimuli artificiels, et des voies multicanaux pour stimuler le tissu nerveux de l'insecte. Le résultat est un système de contrôle plus informé et plus précis.

Le microcontrôleur et le potentiomètre intégré du système UConn permettent aux opérateurs de faire varier la tension de sortie, la fréquence, et cycle des stimuli envoyés à l'insecte. (Un potentiomètre, si vous vous demandez, est le nom propre d'un appareil électronique qui ajuste la tension. C'est ce qui rend possible les gradateurs de lumière, et vous permet de régler le volume de votre chaîne stéréo.) Le stimulus qui a entraîné la réponse la plus robuste de la blatte était d'environ 1,2 V d'amplitude, fréquence 55 Hz, et un cycle de service de 50 pour cent. (Aucun cafard n'a été blessé par ces expériences, d'ailleurs.)

Une information intéressante que les chercheurs ont remarquée est que les mouvements du gardon à gauche ou à droite en réponse à une stimulation artificielle ont diminué en intensité après le stimulus initial. Donc, si le gardon a fait un virage serré à gauche après que la première impulsion électronique ait frappé son lobe d'antenne droit, son tour était moins dramatique avec chaque impulsion suivante à ce lobe. Les chercheurs ne savent pas pourquoi cela se produit, mais c'est une information pratique pour savoir quand c'est vous qui dirigez.

Plus important encore, Dutta dit, le système a permis aux utilisateurs d'utiliser le retour d'information en temps réel envoyé via le système Bluetooth pour définir des paramètres spécifiques pour stimuler les lobes des antennes de l'insecte, et cela leur a permis de diriger l'insecte dans une direction désirée.

"Notre microcircuit fournit un système sophistiqué d'acquisition de données en temps réel sur la direction et l'accélération d'un insecte, ce qui permet d'extrapoler sa trajectoire, " dit Dutta. " Nous pensons que cette boucle fermée avancée, le système basé sur un modèle offre un meilleur contrôle pour les manœuvres de précision, et surmonte certaines des limitations techniques qui affligent actuellement les micro-robots d'aujourd'hui."

Alors que le nouveau microcircuit est certainement un pas en avant pour la technologie des insectes robots, Dutta reconnaît que beaucoup plus de recherches sont nécessaires. Biobots guidés par les insectes, tu pourrais dire, sont encore au stade larvaire. Les progrès continus dans la conception de micro-matériel et les systèmes de micro-contrôle pourraient conduire à une nouvelle génération d'appareils qui fonctionnent encore mieux.