Le long des berges aménagées, les barrières physiques peuvent aider à contenir les inondations et à lutter contre l'érosion. Dans les régions arides, Les barrages de contrôle peuvent aider à retenir le sol après les précipitations et à restaurer les paysages endommagés. Dans les projets de construction, les plaques métalliques peuvent servir de support pour les fouilles, murs de soutènement en pente, ou des fondations permanentes. Toutes ces applications peuvent être traitées avec l'utilisation de palplanches, éléments pliés à partir d'un matériau plat et enfoncés verticalement dans le sol pour former des murs et stabiliser le sol. Une bonne stabilisation des sols est la clé d'une gestion durable des terres dans des industries telles que la construction, exploitation minière, et agricole; et la dégradation des terres, la perte de services écosystémiques d'un terrain donné, est un facteur de changement climatique et son coût est estimé à 10 000 milliards de dollars par an.

Avec cette motivation, une équipe de roboticiens du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard a développé un robot capable d'enfoncer de manière autonome des palplanches en acier imbriquées dans le sol. Les structures qu'il construit pourraient fonctionner comme des murs de soutènement ou des barrages de contrôle pour le contrôle de l'érosion. L'étude sera présentée lors de la prochaine conférence internationale IEEE 2019 sur la robotique et l'automatisation.

Les procédés de battage de palplanches conventionnels sont extrêmement énergivores. Seule une fraction du poids de la machinerie lourde typique est utilisée pour appliquer une force vers le bas. Le robot "Romu" de l'équipe Wyss, d'autre part, est capable de tirer parti de son propre poids pour enfoncer des palplanches dans le sol. Ceci est rendu possible par chacune de ses quatre roues étant couplée à un actionneur linéaire séparé, ce qui lui permet également de s'adapter aux terrains accidentés et d'assurer un enfoncement vertical des pieux. Depuis une position surélevée, Romu saisit une palplanche puis abaisse son châssis, enfoncer le pieu dans le sol à l'aide d'un marteau vibrant embarqué. En saisissant à nouveau la pile à une position plus élevée et en répétant ce processus, le robot peut conduire un tas beaucoup plus haut que sa propre amplitude de mouvement vertical. Après avoir enfoncé un pieu à une profondeur suffisante, Romu avance et installe la pile suivante de telle sorte qu'elle s'emboîte avec la précédente, formant ainsi une paroi continue. Une fois qu'il a utilisé toutes les piles qu'il transporte, il peut retourner dans une cache d'approvisionnement pour se réapprovisionner.

L'étude est née de travaux antérieurs au Wyss Institute sur des équipes ou des essaims de robots pour des applications de construction. Dans un travail inspiré des termites bâtisseurs de monticules, Le membre principal du corps professoral Radhika Nagpal et le chercheur scientifique principal Justin Werfel ont conçu une équipe de construction robotique autonome appelée TERMES, dont les membres ont travaillé ensemble pour construire des structures complexes à partir de briques spécialisées. D'autres travaux de Werfel et du chercheur Nathan Melenbrink ont ​​exploré des robots grimpeurs capables de construire des structures en treillis en porte-à-faux, s'adressant à des applications telles que des ponts. Cependant, aucune de ces études n'a abordé le défi de l'ancrage des structures au sol. Le projet Romu a commencé comme une exploration des méthodes de préparation automatisée du site et de l'installation de fondations sur lesquelles s'appuyer les premiers systèmes ; au fur et à mesure de son évolution, l'équipe a déterminé que de telles interventions pourraient également être directement applicables aux tâches de restauration des terres dans des environnements éloignés.

« En plus des tests en laboratoire, nous avons montré Romu opérant sur une plage voisine, " a déclaré Melenbrink. " Ce type de démonstration peut être un brise-glace pour une conversation plus large sur les opportunités d'automatisation dans la construction et la gestion des terres. Nous sommes intéressés à nous engager avec des experts dans des domaines connexes qui pourraient voir des avantages potentiels pour le type d'interventions automatisées que nous développons. »

Les chercheurs envisagent un grand nombre de robots Romu travaillant ensemble en tant que collectif ou essaim. Ils ont démontré dans des simulations informatiques que des équipes de robots Romu pouvaient utiliser des indices environnementaux comme l'inclinaison des pentes afin de construire des murs à des emplacements efficaces, utiliser efficacement des ressources limitées. "L'approche en essaim offre des avantages tels que l'accélération grâce au parallélisme, robustesse à la perte de robots individuels, et évolutivité pour les grandes équipes, " a déclaré Werfel. " En répondant en temps réel aux conditions qu'ils rencontrent réellement pendant qu'ils travaillent, les robots peuvent s'adapter à des situations inattendues ou changeantes, sans avoir besoin de compter sur beaucoup d'infrastructures de soutien pour des capacités telles que l'arpentage de site, la communication, ou la localisation."

"Le nom Terramanus ferromurus (Romu) est un clin d'œil au concept d'"écologie des machines" dans lequel des systèmes autonomes peuvent être introduits dans des environnements naturels en tant que nouveaux participants, prendre des mesures spécifiques pour compléter et promouvoir la gérance humaine de l'environnement, " a déclaré Melenbrink. À l'avenir, le "genre" Terramanus pourrait être étendu par des robots supplémentaires effectuant différentes tâches pour protéger ou restaurer les services écosystémiques. Sur la base de leurs découvertes, l'équipe est maintenant intéressée à étudier des interventions allant des structures de rétention des eaux souterraines pour soutenir l'agriculture dans les régions arides, à la construction de barrières anti-inondations réactives pour la préparation aux ouragans. Les futures versions du robot pourraient effectuer d'autres interventions telles que la pulvérisation d'agents liants du sol ou l'installation de clôtures anti-érosion, de telle sorte qu'une famille de ces robots pourrait agir pour stabiliser le sol dans un large éventail de situations.

Dans de nombreux scénarios de protection ou de restauration de l'environnement, la possibilité d'action est limitée par la disponibilité de la main-d'œuvre humaine et par l'accès au site pour la machinerie lourde. Plus petite, des machines de construction plus polyvalentes pourraient apporter une solution. "Clairement, les besoins de nombreux paysages dégradés ne sont pas satisfaits avec les outils et techniques actuellement disponibles, " dit Melenbrink. " Maintenant, 100 ans après l'aube de l'ère de l'équipement lourd, we're asking whether there might be more resilient and responsive ways to approach land management and restoration."

"This sheet pile driving robot with its demonstrated ability to perform in a natural setting signals a path on which the Wyss Institute's robotics and swarm robotics capabilities can be brought to bear on both natural and man-made environments where conventional machinery, man power limitations, or cost is inadequate to prevent often disastrous consequences. This robot also could address disaster situations where walling off dangerous chemical spills or released radioactive fluids makes it difficult or impossible for humans to intervene, " a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., Doctorat., qui est également le professeur Judah Folkman de biologie vasculaire au HMS et le programme de biologie vasculaire du Boston Children's Hospital, ainsi que professeur de bio-ingénierie à SEAS.