Jusqu’à présent, lorsque les scientifiques et les ingénieurs ont développé des robots souples inspirés d’organismes vivants, ils se sont concentrés sur des exemples vivants et modernes. Par exemple, nous avons déjà signalé des applications de robotique douce imitant les calmars, les sauterelles et les guépards. Cependant, pour la première fois, une équipe de chercheurs a combiné les principes de la robotique douce et de la paléontologie pour construire une version robotique douce d'un pleurocystitide, une ancienne créature marine qui existait il y a 450 millions d'années.
Les pleurocystides sont apparentés aux échinodermes modernes tels que les étoiles de mer et les ophiures. L'organisme revêt une grande importance dans l'évolution car on pense qu'il en est ainsi. Les premiers échinodermes Il était capable de se déplacer : il utilisait un tronc musclé pour se déplacer sur le fond marin. Mais, en raison du manque de preuves fossiles, les scientifiques… Je n'ai pas bien compris Comment l’organisme a-t-il utilisé le tronc pour se déplacer sous l’eau ? « Bien que ses habitudes de vie et sa posture soient raisonnablement bien comprises, les mécanismes qui contrôlent les mouvements de son tronc sont très controversés », ont déclaré les auteurs d'une étude précédemment publiée portant sur le tronc des échinodermes. N.-B..
La réplique d'un robot mou récemment développée (également appelée « losange ») d'un échinoderme a permis aux chercheurs de déchiffrer le mouvement de l'organisme et divers autres mystères associés à l'évolution de l'échinoderme. Dans leur étude, ils affirment également que la réplique servira de base à la paléontologie, un domaine relativement nouveau qui utilise la robotique douce et les preuves fossiles pour explorer les différences biomécaniques entre les formes de vie.
Fabriquer une réplique du robot doux
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les scientifiques n'essaient pas de créer une version robotique douce d'un phénomène aussi éteint et aussi ancien que la pleurésie. Il est difficile de comprendre comment un organisme se déplace car il n’existe pas d’équivalent moderne. De plus, les preuves fossiles ne fournissent que des informations limitées sur la façon dont un organisme se déplaçait. Par exemple, même si certains chercheurs suggèrent que les bactéries pleurocystis nagent, D'autres soutiennent Ils montraient des mouvements d'aviron 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 sac pleural. Ils ont ensuite utilisé le moulage d’élastomère et l’impression 3D pour construire les différentes parties du robot en fonction du design.
Lorsqu’ils ont essayé de faire bouger le robot en utilisant le torse (comme un vrai membre), ils ont été confrontés à un autre défi. « L'actionneur souple utilise du fil de nitinol, qui est un alliage à mémoire de forme (SMA) qui brûle souvent et s'étire de manière permanente. Cela nécessite la fabrication de plusieurs tiges (environ 100 ont été fabriquées) et leur remplacement lorsqu'elles se détériorent.
Il était également difficile de reproduire le torse mou et musclé de la bactérie de la pleurésie, car les chercheurs n'étaient pas en mesure d'utiliser des actionneurs conventionnels, trop encombrants et trop rigides. « Au lieu de cela, nous devions utiliser un fil spécial de » muscle artificiel « , constitué d'un alliage nickel-titane qui se contracte en réponse à une stimulation électrique. Cela nous a permis de créer un moteur semblable à un torse », a ajouté Carmel Majidi, auteur principal de l'étude. et professeur de génie mécanique à l'Université Carnegie Mellon. « Il correspond à la flexibilité d'un tronc musculaire naturel. »
Les chercheurs ont ensuite effectué des simulations pour voir comment le losange se déplacerait probablement sous l'eau. Ils ont découvert qu’un torse plus long permettait de meilleurs mouvements. Selon l’étude, cela concorde avec les preuves fossiles suggérant l’évolution de pattes plus longues dans la plèvre au fil du temps.
Après avoir étudié les simulations, les chercheurs ont placé le robot dans un aquarium de 42 pouces sur 42 pouces avec une surface inférieure semblable au fond marin. Ils ont effectué plusieurs tests, d'une durée chacun de deux minutes, pour examiner le mouvement du robot. « Nous démontrons qu'une démarche large et rapide peut être la plus efficace pour ces échinodermes, et que l'augmentation de la longueur du tronc aurait pu entraîner une augmentation significative de la vitesse avec un coût énergétique supplémentaire minimal. » N.-B. Dans leurs études.
Etude d'animaux disparus
Faire des copies exactes de créatures anciennes et disparues en utilisant la paléontologie semble 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 manquer une excellente occasion d'apprendre les principes biologiques et évolutifs qui régissent la vie de nombreuses autres formes de vie.
Par exemple, selon une estimation, cela inclut les organismes modernes Seulement 1 pour cent De toutes les formes de vie qui ont jamais existé sur Terre. « Nous pouvons commencer à tirer des leçons des 99 pour cent des espèces qui parcouraient autrefois la Terre au lieu de seulement 1 pour cent. De nombreuses créatures qui ont réussi pendant des millions d'années ont disparu en raison de changements drastiques dans leur environnement », a déclaré Majidi. Ars Technica.
Les répliques robotiques souples de ces créatures fournissent aux paléontologues un outil puissant pour créer des plates-formes de tests expérimentaux permettant d'examiner les hypothèses sur la façon dont ces formes de vie anciennes se sont déplacées et ont évolué.
L’étude actuelle démontre avec succès que les robots mous peuvent être utilisés pour « faire revivre » des organismes disparus et étudier leur locomotion et leur biomécanique. « Cela n'a 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 Desatnick.
PNAS, 2023. DOI : 10.1073/pnas.2306580120 (À propos des identifiants numériques)
Rupendra Brahambhatt est un journaliste et réalisateur 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.
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