Construire un chien robot qui court...

Les ingénieurs du Computational Robot Design & Fabrication Lab (CREATE) de l'EPFL, dirigé par la professeure Josie Hughes, imaginent de nouvelles façons de construire des robots dotés de capacités inédites. Par exemple, Hughes et deux autres chercheurs ont utilisé ChatGPT pour concevoir une pince robotisée pour la récolte des tomates. Et Mickaël Achkar a utilisé les données de capture de mouvements de chiens vivants pour en construire un robot. Plus précisément, Achkar a étudié les mécanismes biologiques des chiens pour créer un robot plus intelligent et construire un prototype capable de fonctionner tout seul une fois mis en mouvement, sans activer ses moteurs.

«Je voulais concevoir un robot doté de caractéristiques animales, en gardant à l'esprit que les animaux, comme les humains, se déplacent de différentes manières», explique Achkar. "Mais la plupart de ces mouvements sont exécutés par seulement quelques articulations." Il s'est donc inspiré des processus de contrôle moteur des animaux pour le guider dans la conception de son robot.

Achkar aurait pu choisir n’importe quel animal – une sauterelle, une souris, un éléphant ou un guépard, par exemple – mais le chien s’est avéré être le choix évident. « Nous avons trouvé un vaste ensemble de données sur les mouvements des chiens, et il était même disponible en open source ! » il dit. La première étape consistait à extraire des données sur les mouvements synergiques des chiens, puis à structurer les données afin qu'elles puissent être « résumées » de manière significative, grâce à une méthode connue sous le nom d'analyse en composantes principales. Cela impliquait essentiellement de regrouper les données en plusieurs vecteurs décrivant les principaux axes de mouvement du chien et d'utiliser ces informations pour établir des spécifications exactes pour le robot.

Métal, poulies, câbles et vis

Le chien robotique d'Achkar présente une symétrie bilatérale. Chacune des quatre jambes du robot possède trois articulations, et chaque articulation est coordonnée avec les autres. Cette dernière fonctionnalité est l'avantage supplémentaire qui permet au robot d'Achkar de courir de la même manière – et avec toute l'agilité – d'un vrai chien. Pour construire le prototype, Achkar a utilisé des tiges de métal comme os, des poulies imprimées en 3D comme articulations, de fins câbles comme tendons et quelques vis pour maintenir le tout ensemble.

Les ingénieurs ont acheté un tapis roulant pour tester leur prototype. Ils ont découvert qu’une fois lancé, le robot pouvait fonctionner de manière autonome sans avoir à activer ses moteurs de commande. « Au début, nous pensions que c'était peut-être un hasard », explique Achkar. « Nous avons donc légèrement modifié la conception et testé à nouveau le robot – et il ne pouvait plus fonctionner. » Cependant, l’équipe de recherche a fini par ajouter un contrepoids, semblable à un pendule, afin que le robot puisse rester en mouvement une fois démarré. "Le contrepoids utilise la résonance pour injecter de l'énergie", explique Achkar. Francesco Stella, doctorant à CREATE et superviseur du projet, ajoute : « Nous avons conçu le corps du robot pour qu'il soit capable de répondre automatiquement, un peu comme une truite commence à nager automatiquement lorsqu'elle est placée dans l'eau. »

Des articulations qui bougent en synergie

Les moteurs de commande du robot sont néanmoins utiles pour obtenir une plus grande amplitude de mouvement. Par exemple, il peut sauter et surmonter des obstacles sans l’aide de son contrepoids. « Nous aimerions pousser plus loin notre conception avec les moteurs, mais pour l'instant le prototype n'est pas très robuste », explique Achkar. Cela ne l'a pas empêché de mettre le chien mécanique à l'épreuve, par exemple en plaçant un bâton entre ses pattes pour voir comment il réagirait. Imperturbable, le robot reprit automatiquement son galop gracieux. Et sur le tapis roulant, il atteint facilement une vitesse de 6 km/h.

"Notre objectif n'est pas de rivaliser avec des chiens robotiques ultra-high-tech, mais plutôt d'explorer des conceptions de robots bio-inspirés", explique Achkar. « Cela implique d'affiner la conception fondamentale d'un robot et de modifier ses propriétés passives afin que seuls des systèmes de contrôle simples soient nécessaires, tout en maximisant les capacités du robot. Ce que nous avons fait ici – concevoir les articulations pour qu'elles fonctionnent en synergie – s'est déjà révélé utile pour créer des mains robotiques et d'autres parties du corps.

Achkar a soumis son article de recherche à une revue scientifique pour publication, et il devrait paraître dans les mois à venir. Maintenant qu'il a complété sa maîtrise en génie robotique, Achkar envisage de retourner à Montréal. Il est arrivé à l'EPFL en provenance du Canada après avoir obtenu un baccalauréat en génie mécanique de l'Université McGill. Pourquoi a-t-il choisi l'EPFL ? Parce qu'elle offrait une excellente éducation et était située dans une partie francophone de l'Europe. Cela lui a également permis de découvrir le monde passionnant de la robotique.