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Les castors sont des animaux très intéressants; ils peuvent s’adapter à leur environnement très facilement. Vous placez un castor dans une rivière et en quelques jours il construira son barrage avec ce qu’il trouve autour de lui, que ce soit des branches d’arbres ou même des déchets qui dérivent sur la rivière. Cette adaptabilité fait de cet animal, le candidat parfait pour concevoir des robots autonomes qui s’adaptent à leur environnement. En effet, les robots autonomes excellent dans les usines et autres espaces créés par l’homme, mais ils luttent contre le caractère aléatoire de la nature.

Les castors ne suivent aucun plan prédéterminé

Pour aider ces machines à surmonter les terrains accidentés et autres obstacles, les chercheurs de l’Université de Buffalo se sont tournés vers les castors, les termites et autres animaux qui construisent des structures en réponse à de simples signaux environnementaux, plutôt que de suivre des plans prédéterminés.

« Quand un castor construit un barrage, il ne suit aucun plan. Au lieu de cela, il réagit à l’eau en mouvement. Il essaie d’empêcher l’eau de circuler », explique Nils Napp, Ph.D., professeur adjoint en informatique et en génie à l’École d’ingénierie et des sciences appliquées de l’Université du Nouveau-Brunswick. « Nous avons développé un système pour que les robots autonomes se comportent de la même manière. Ce robot surveille et modifie continuellement son terrain pour le rendre plus mobile. »

Ce travail est décrit dans une étude qui sera présentée cette semaine à la conférence Robots: Science and Systems. Ce travail pourrait avoir des implications dans les opérations de recherche et de sauvetage, l’exploration planétaire pour les véhicules de style rover sur Mars et d’autres domaines.

Tout est une question de mathématiques

Alors que le projet implique des animaux et des robots, son objectif principal est les mathématiques: en particulier, le développement de nouveaux algorithmes – les ensembles de règles dont les machines autonomes ont besoin pour donner un sens à leur environnement et résoudre des problèmes. La création d’algorithmes pour un robot autonome dans un environnement contrôlé, tel qu’une usine automobile, est relativement simple. Mais c’est beaucoup plus difficile à accomplir dans la nature, où les espaces sont imprévisibles et ont des motifs plus complexes, explique Napp.

Pour résoudre ce problème, il a étudié la stigmergie, un phénomène biologique qui a été utilisé pour expliquer le comportement des termites et des castors à la popularité de Wikipedia. Selon la stigmergie, les nids complexes construits par les termites ne sont pas le résultat de plans bien définis ou d’une communication profonde. Au lieu de cela, c’est un type de coordination indirecte. Initialement, un termite va déposer une boule de phéromones dans un endroit aléatoire. D’autres termites, attirés par les phéromones, sont plus susceptibles de laisser tomber leurs boules de boue au même endroit. Ce comportement conduit finalement à de grands nids de termites.

Les chercheurs ont comparé ce comportement à Wikipedia et à d’autres projets collectifs en ligne. Par exemple, un utilisateur va créé une page dans l’encyclopédie en ligne. Un autre utilisateur va le modifier avec des informations supplémentaires. Ce processus se poursuit indéfiniment, les utilisateurs construisant des pages de plus en plus complexes.

Tester un robot autonome

En utilisant des composants disponibles sur le marché, Napp et ses étudiants ont équipé un véhicule mini-rover d’une caméra, d’un logiciel personnalisé et d’un bras robotique pour soulever et déposer des objets. Ils ont ensuite créé un terrain accidenté – avec des roches, des briques et des morceaux de béton brisés au hasard – pour simuler un environnement après une catastrophe telle qu’un tremblement de terre. L’équipe a également placé des sacs de haricots de différentes tailles autour de la zone sinistrée simulée.

Les chercheurs ont ensuite activé le robot, qui utilise les algorithmes développés par Napp pour surveiller et analyser continuellement son environnement. Les chercheurs ont observé qu’il ramassait les sacs de fèves et les déposait dans les trous et les interstices entre la roche, la brique et le béton. Finalement, les sacs formaient une rampe, ce qui permettait au robot de surmonter les obstacles et d’atteindre son emplacement cible – une plate-forme plate.

« Dans ce cas, c’est comme un castor utilisant des matériaux proches de lui pour construire son barrage. Le robot prend ses repères à partir de son environnement, et il continuera à modifier son environnement jusqu’à ce qu’il ait créé une rampe », explique Napp. « Cela signifie qu’il peut corriger ses erreurs et réagir aux perturbations; par exemple, des chercheurs bricolant des rampes à moitié construites, tout comme les castors qui réparent les fuites dans leurs barrages. Après 10 tests, le robot a déplacé de 33 à 170 sacs, créant à chaque fois une rampe lui permettant d’atteindre son emplacement.

« Tout comme les animaux, les robots peuvent fonctionner complètement par eux-même, et réagir et changer leur environnement pour répondre à leurs besoins », a conclu Napp.

Source : University at Buffalo