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Ce robot fourmi s’oriente sans GPS

Séverine Fontaine

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Ce robot fourmi s’oriente sans GPS

© CNRS

En s’inspirant de la fourmi du désert capable de s’orienter dans son environnement grâce à la lumière émise par le ciel, des chercheurs du CNRS et d’Aix Marseille Université ont mis au point un robot à six pattes pouvant se déplacer sans GPS. Baptisé AntBot, il ouvre la voie à de nouvelle technologies de navigation.

Trouver son chemin sans GPS peut être source d’angoisse pour des individus… mais possible. Un robot, sans ce système de guidage, ne peut s’orienter de façon autonome dans son environnement avec une précision centimétrique. Pourtant, une équipe de roboticiens du CNRS et d’Aix Marseille Université, à l’Institut des Sciences du Mouvement (ISM) ont démontré sa faisabilité en concevant AntBot, un robot à 6 pattes capable de se déplacer sans GPS. Pour y parvenir, ils se sont inspirés d’un insecte particulier : la fourmi du désert plus scientifiquement connu sous le nom de Cataglyphis. « Nous développons des capteurs bio-inspirés capables de reproduire les systèmes de perception visuelle des insectes » explique Julien Serres, bioroboticien à l’ISM. Leurs travaux ont été publiés le 13 février 2019 dans Science Robotics.

Cette fourmi, que l’on retrouve en Afrique du Nord et en Andalousie, utilise la lumière polarisée et le rayonnement ultraviolet pour se repérer dans son environnement. Elle peut parcourir des centaines de mètres dans le désert, pendant les heures les plus chaudes, pour se nourrir, pour ensuite directement pour retourner à sa colonie. Et ce, sans pouvoir marquer son chemin par des phéromones, à cause des fortes chaleurs. « L’insecte utilise presque exclusivement sa vision pour se déplacer », nous explique Julien Serres, bioroboticien à Aix Marseille Université. « Si on regarde le ciel avec des yeux d’insecte, on le verrait avec un gradient de couleur ultraviolette et des formes en anneaux entourant le soleil. La fourmi voit ces motifs dans le ciel, c’est la première information visuelle qui est détectée. Dotée de six pattes, elle compte également ses pas. » En effet, pour se déplacer, la fourmi a besoin de deux données : le cap, mesuré avec une sorte de « boussole céleste » lui permettant de s’orienter à la lumière polarisée et la distance parcourue, comptée en nombre de pas et en intégrant la vitesse optique du défilement au sol.

Des capteurs biomimétiques

La « boussole céleste » reproduite par les chercheurs est un compas optique sensible aux rayons ultraviolets polarisés du ciel. Il est composé de « deux pixels surmontés de deux filtres polarisés tournants pour être équivalent à un capteur optique qui serait composé de deux rangées de 374 pixels » explique le CNRS. Une composition minimaliste qui a permis de réduire « considérablement » les coûts : « de 78 000 euros à quelques centaines d’euros ». Grâce au capteur, le robot peut ainsi mesurer son cap avec une précision de 0,4° par temps dégagé ou nuageux. « Lorsqu’on dit au robot de revenir à son point de départ, il sait combien de pas il doit faire et le cap qu’il doit prendre » ajoute le chercheur. « Il sait qu’il doit s’orienter d’autant de degré et avancer de telle distance. C’est un système minimaliste, mais robuste. »

Dans certaines circonstances, la fourmi est capable d’utiliser d’autres capacités d’orientation pour exactement retourner à son nid. Mais sur le robot AntBot avec une seule capacité d’orientation mimant la fourmi, nous obtenons une petite marge d’erreur de seulement 6 centimètres pour trajet de 14 mètres avec seulement 14 pixels, avec bien plus de pixels nous pourrions facilement atteindre le centimètre après un trajet de plusieurs centaines de mètres.

Renforcer les systèmes de guidage

Les capteurs développés par les bioroboticiens n’ont pas pour objectif de remplacer les systèmes de guidage déjà en place mais de les renforcer : « Les industriels ne cherchent pas à substituer une technologie par une autre mais d’avoir des technologies redondantes pour fiabiliser les systèmes. L’idée est donc de fusionner plusieurs sources d’information qui ont chacune leurs avantages et inconvénients. » Ce nouveau système de guidage sans GPS pourrait être utilisés pour les catastrophes technologiques, comme le nucléaire, ou le signal est brouillé. Autre utilisation : « la SNCF utilise des drones pour aller au plus proche des lignes électriques, ajoute le chercheur. Ces dernières génèrent des ondes électromagnétiques qui perturbent les capteurs conventionnels. En utilisant une boussole céleste insensible aux perturbations électromagnétiques par exemple, il serait possible de stabiliser la position du robot. »

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