Jusqu’à présent, lorsque les scientifiques et les ingénieurs ont développé des robots souples inspirés par des organismes, ils se sont concentrés sur des exemples vivants d’aujourd’hui. Par exemple, nous avons déjà signalé des applications de robots mous imitant les calmars, les sauterelles et les guépards. Pour la première fois, cependant, une équipe de chercheurs a combiné les principes de la robotique douce et de la paléontologie pour créer une version robot mou du pleurocystitide, une ancienne créature marine qui existait il y a 450 millions d’années.
Les pleurocystitidés sont apparentés aux échinodermes modernes comme les étoiles de mer et les ophiures. Cet organisme revêt une grande importance dans l’évolution, car on pense qu’il est le premier échinoderme capable de se déplacer : il utilisait une tige musculaire pour se déplacer sur le fond marin. Mais, en raison du manque de preuves fossiles, les scientifiques n’ont jamais clairement compris comment l’organisme utilisait réellement la tige pour se déplacer sous l’eau. « Bien que ses habitudes de vie et sa posture soient raisonnablement bien comprises, les mécanismes qui contrôlent le mouvement de sa tige sont très controversés », notent les auteurs d’une étude publiée précédemment portant sur la tige de l’échinoderme.
La réplique nouvellement développée d’un robot mou (également appelé « Rhombot ») d’un pleurocystitide a permis aux chercheurs de décoder le mouvement de l’organisme et divers autres mystères liés à l’évolution des échinodermes. Dans leur étude, ils affirment également que la réplique servira de fondement à la paléobionique, un domaine relativement nouveau qui utilise la robotique douce et des preuves fossiles pour explorer les différences biomécaniques entre les formes de vie.
Fabriquer une réplique de robot souple
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les scientifiques n’essaient pas de créer une version robotique douce de quelque chose d’éteint et aussi vieux que la pleurocystitide. Il est difficile de comprendre comment l’organisme se déplaçait car il n’existe pas d’analogue moderne. De plus, les preuves fossiles ne fournissent que des informations limitées sur la façon dont un organisme se déplaçait. Par exemple, alors que certains chercheurs suggèrent que les pleurocystitides nageaient, d’autres soutiennent qu’ils présentaient des mouvements de godille ou sinusoïdaux.
Pour surmonter ces défis, les chercheurs ont travaillé avec des paléontologues spécialisés dans les échinodermes. Ils ont collecté des images de fossiles, des tomodensitogrammes et toutes les autres preuves qu’ils ont pu trouver, puis ont utilisé ces données pour concevoir le corps et la tige du pleurocystitide. Par la suite, ils ont utilisé le moulage d’élastomère et l’impression 3D pour construire les différentes parties du robot en fonction de la conception.
Lorsqu’ils ont essayé de faire bouger le robot à l’aide de la tige (comme le vrai pleurocystitide), ils ont été confrontés à un autre défi. « L’actionneur souple utilisait du fil de nitinol, un alliage à mémoire de forme (SMA) qui brûlait souvent et s’étirait de manière permanente. Cela a nécessité la fabrication de nombreuses tiges (près de 100 tiges ont été fabriquées) et leur remplacement lorsqu’elles se détérioraient », a déclaré à Ars Technica Richard Desatnik, chercheur principal et doctorant à l’Université Carnegie Mellon (CMU).
Il était également difficile de reproduire la tige musculaire molle des pleurocystitides, car les chercheurs ne pouvaient pas utiliser de moteurs conventionnels, trop volumineux et trop rigides. « Au lieu de cela, nous devions utiliser un fil spécial de « muscle artificiel » composé d’un alliage de nickel et de titane qui se contracte en réponse à une stimulation électrique. Cela nous a permis de créer un actionneur en forme de tige qui correspond à la flexibilité d’une tige musculaire naturelle », a ajouté Carmel Majidi, auteur principal de l’étude et professeur de génie mécanique à la CMU.
Les chercheurs ont ensuite effectué des simulations pour voir comment le Rhombot se déplacerait probablement sous l’eau. Ils ont découvert qu’une tige plus longue permettait un meilleur mouvement. Selon l’étude, cela concorde avec les preuves fossiles suggérant l’évolution de tiges plus longues chez les pleurocystitides au fil du temps.
Après avoir étudié les simulations, les chercheurs ont placé le robot dans un aquarium de 42 × 42 pouces avec une surface inférieure semblable à un fond marin. Ils ont effectué plusieurs tests, d’une durée chacun de deux minutes, pour examiner le mouvement du robot. « Nous avons démontré que des allures larges et rapides auraient pu être les plus efficaces pour ces échinodermes et que l’augmentation de la longueur de la tige aurait pu augmenter considérablement la vitesse avec un coût énergétique supplémentaire minimal », notent les chercheurs dans leur étude.
Étudier les animaux disparus
Fabriquer des répliques fonctionnelles d’anciennes créatures disparues à l’aide de la paléobionique semble assez intéressant, mais que peuvent nous dire les robots que les archives fossiles ne peuvent pas nous dire ? Lorsque nous avons posé cette question à Majidi, il a expliqué qu’en se concentrant uniquement sur des robots inspirés d’espèces existantes, les scientifiques pourraient perdre une grande opportunité d’apprendre les principes biologiques et évolutifs qui régissaient la vie de nombreuses autres formes de vie.
Par exemple, selon une estimation, les organismes vivants modernes ne représentent que 1 % de toute la vie qui a jamais existé sur Terre. « Nous pouvons commencer à tirer des leçons des 99 pour cent d’espèces qui parcouraient autrefois la Terre, au lieu de seulement 1 pour cent. De nombreuses créatures ont réussi pendant des millions d’années et ont disparu en raison de changements drastiques dans leur environnement », a déclaré Majidi à Ars Technica.
Les répliques robotisées de ces créatures fournissent aux paléontologues un outil puissant pour créer des bancs d’essai expérimentaux permettant d’examiner les hypothèses sur la manière dont ces formes de vie anciennes se sont déplacées et ont évolué.
L’étude actuelle démontre avec succès que la robotique douce peut potentiellement être utilisée pour « ressusciter » des organismes disparus et étudier leur locomotion et leur biomécanique. « Cela n’avait jamais été fait auparavant au sein de la communauté de la robotique douce, et nous espérons que cela inspirera davantage de recherches dans ce domaine », a ajouté Desatnik.
PNAS, 2023. DOI : 10.1073/pnas.2306580120 (À propos des DOI)
Rupendra Brahambhatt est un journaliste et cinéaste expérimenté. Il couvre l’actualité scientifique et culturelle et, au cours des cinq dernières années, il a travaillé activement avec certaines des agences de presse, magazines et marques médiatiques les plus innovantes opérant dans différentes parties du monde.