Dans un nouvel article de perspective, une équipe d’ingénieurs des États-Unis et du Canada, dont le roboticien Kaushik Jayaram de l’Université du Colorado à Boulder, a entrepris de répondre à cette énigme. Le groupe a analysé les données de dizaines d’études et est parvenu à un « non » catégorique. Dans presque tous les cas, les organismes biologiques, tels que les guépards, les cafards et même les humains, semblent capables de distancer leurs homologues robots.

Les chercheurs, dirigés par Samuel Burden de l'Université de Washington et Maxwell Donelan de l'Université Simon Fraser, ont publié leurs résultats la semaine dernière dans la revue Science Robotics. .

"En tant qu'ingénieur, c'est plutôt bouleversant", a déclaré Jayaram, professeur adjoint au département de génie mécanique Paul M. Rady de CU Boulder. "En plus de 200 ans d'ingénierie intense, nous avons pu envoyer des vaisseaux spatiaux sur la Lune et sur Mars et bien plus encore. Mais il est déconcertant de constater que nous ne disposons pas encore de robots nettement meilleurs que les systèmes biologiques pour se déplacer dans des environnements naturels."

Il espère que l’étude incitera les ingénieurs à apprendre à construire des robots plus adaptables et plus agiles. Les chercheurs ont conclu que l’incapacité des robots à distancer les animaux ne se résume pas à des lacunes dans une seule pièce de machine, comme les batteries ou les actionneurs. Au lieu de cela, les ingénieurs pourraient hésiter à faire en sorte que ces pièces fonctionnent ensemble efficacement.

Cette quête est l'une des principales passions de Jayaram. Son laboratoire sur le campus de l'université de Boulder abrite de nombreuses bestioles effrayantes, notamment plusieurs araignées-loups à fourrure qui font environ la taille d'un demi-dollar.

"Les araignées-loups sont des chasseurs naturels", a déclaré Jayaram. "Ils vivent sous les rochers et peuvent courir sur des terrains complexes à une vitesse incroyable pour attraper leurs proies."

Il imagine un monde dans lequel les ingénieurs construisent des robots qui fonctionnent un peu plus comme ces arachnides extraordinaires.

"Les animaux sont, dans un certain sens, l'incarnation de ce principe de conception ultime :un système qui fonctionne très bien ensemble", a-t-il déclaré.

Énergie des cafards

La question « qui peut mieux courir, les animaux ou les robots ? » est compliqué parce que fonctionner en soi est compliqué.

Dans des recherches antérieures, Jayaram et ses collègues de l’Université Harvard ont conçu une gamme de robots cherchant à imiter le comportement de la blatte souvent vilipendée. Le modèle HAMR-Jr de l'équipe tient sur une pièce de monnaie et sprinte à des vitesses équivalentes à celles d'un guépard. Mais, a noté Jayaram, même si HAMR-Jr peut effectuer un mouvement d'avant en arrière, il ne se déplace pas aussi bien d'un côté à l'autre ou sur un terrain accidenté. En revanche, les humbles cafards n’ont aucune difficulté à courir sur des surfaces allant de la porcelaine à la terre et au gravier. Ils peuvent également écraser les murs et se faufiler à travers de minuscules fissures.

Pour comprendre pourquoi une telle polyvalence reste un défi pour les robots, les auteurs de la nouvelle étude ont divisé ces machines en cinq sous-systèmes :puissance, châssis, actionnement, détection et contrôle. À la surprise du groupe, peu de ces sous-systèmes semblaient en deçà de leurs équivalents chez les animaux.

Les batteries lithium-ion de haute qualité, par exemple, peuvent fournir jusqu'à 10 kilowatts de puissance pour chaque kilogramme (2,2 livres) qu'elles pèsent. En revanche, les tissus animaux n’en produisent qu’un dixième environ. Les muscles, quant à eux, sont loin d'égaler le couple absolu de nombreux moteurs.

"Mais au niveau du système, les robots ne sont pas aussi bons", a déclaré Jayaram. "Nous sommes confrontés à des compromis inhérents à la conception. Si nous essayons d'optimiser une chose, comme la vitesse d'avancement, nous risquons de perdre autre chose, comme la capacité de tourner."

Sens d'araignée

Alors, comment les ingénieurs peuvent-ils construire des robots qui, comme les animaux, sont plus que la somme de leurs parties ?

Les animaux, a noté Jayaram, ne sont pas divisés en sous-systèmes distincts de la même manière que les robots. Vos quadriceps, par exemple, propulsent vos jambes comme les actionneurs de HAMR-Jr bougent leurs membres. Mais les quads produisent également leur propre énergie en décomposant les graisses et les sucres et en incorporant des neurones capables de détecter la douleur et la pression.

Jayaram pense que l'avenir de la robotique pourrait se résumer à des « sous-unités fonctionnelles » qui font la même chose :plutôt que de séparer les sources d'énergie de vos moteurs et de vos circuits imprimés, pourquoi ne pas les intégrer toutes dans une seule pièce ? Dans un article de 2015, Nikolaus Correll, informaticien à l'Université de Boulder, qui n'a pas participé à l'étude actuelle, a proposé de tels « matériaux robotiques » théoriques qui fonctionnent davantage comme vos quads.

Les ingénieurs sont encore loin d’atteindre cet objectif. Certains, comme Jayaram, font des pas dans cette direction, comme grâce au robot CLARI (Compliant Legged Articulated Robotic Insect) de son laboratoire, un robot à plusieurs pattes qui se déplace un peu comme une araignée. Jayaram a expliqué que CLARI s'appuie sur une conception modulaire, dans laquelle chacune de ses jambes agit comme un robot autonome avec son propre moteur, ses capteurs et ses circuits de contrôle. La nouvelle version améliorée de l'équipe, appelée mCLARI, peut se déplacer dans toutes les directions dans des espaces confinés, une première pour les robots à quatre pattes.

C'est une chose de plus que des ingénieurs comme Jayaram peuvent apprendre de ces parfaits chasseurs, les araignées-loups.

"La nature est un professeur vraiment utile."