Public Release:  Des robots inspirés des termites se passent de modèle avec des informations locales

Guidés uniquement par des règles simples, des robots inspirés des termites édifient des structures complexes

American Association for the Advancement of Science

Ce communiqué est disponible en anglais et espagnol.

Imaginez que vous donniez l'ordre à des robots de construire une maison en ne leur montrant que la structure finale, mais sans aucun plan.

C'est exactement ce que des scientifiques rapportent dans la revue Science du 14 février avoir réussi à faire avec des robots - construire sans instructions centrales - en s'inspirant de l'exemple des termites.

« Toute notre recherche a été inspirée par les termites » précise le premier auteur de cette étude Justin Werfel, chercheur à l'Institut Wyss pour l'ingénierie inspirée par la biologie à Cambridge, dans le Massachusetts. « Nous avons découvert les constructions incroyables que ces petits insectes pouvaient faire et nous nous sommes dits : fantastique, maintenant comment pouvons créer et programmer des robots qui agissent d'une manière similaire mais pour construire ce que nous voulons ? »

Les termites, contrairement à l'être humain qui a besoin d'un plan et de prévoir pour construire quelque chose de compliqué, peuvent fabriquer des masses faisant des centaines de fois leur taille sans recourir à une stratégie coordonnée ou à des communications précises. Ils utilisent plutôt de simples consignes fournies par leurs proches et l'environnement pour savoir où poser le prochain morceau du monticule et finalement édifier une structure adaptée à leur milieu.

Ce recours à une information locale s'appelle la stigmergie. Justin Werfel et ses collègues ont fait appel à elle pour concevoir des algorithmes reflétant le comportement des termites, qu'ils ont ensuite appliqué à un groupe de robots de construction.

Leurs robots n'ont besoin que de pouvoir sentir une brique ou un autre robot dans les parages pour faire le mouvement suivant. Equipés de capteurs, ils se déplacent le long d'une grille, en soulevant et déposant des briques. S'ils perçoivent une brique sur leur chemin, ils la transportent dans le prochain espace libre.

Et ils font tout cela sans plan détaillé ou de communication centralisée, étant juste programmés pour obéir à quelques règles simples.

« Il y a deux types de règles » explique Werfel, « Les règles qui sont les mêmes pour toute structure construite par les robots et les « lois du trafic » qui correspondent à la structure spécifique. Elles disent au robot de chaque endroit où il peut ensuite aller. Le trafic ne peut aller que dans une direction entre deux sites adjacents, ce qui maintient un flux de robots et de matière en mouvement dans la structure ».

Werfel précise pourquoi les robots ne mettent pas simplement des briques n'importe où. « S'ils faisaient les choses sans ordre, ils se retrouveraient facilement coincés au cours de leur construction » dit-il. « Le contrôle de sécurité inclut que le robot regarde les endroits qui l'entourent, pour tenir compte de ceux où il y a déjà des briques et où il doit y en avoir, pour s'assurer que certaines conditions sont remplies dans cet emplacement ».

Bien que chaque robot ne « connaisse » que des règles simples, comme quand poser une brique ou grimper un niveau de plus, leur ensemble montre un comportement intelligent, qui peut réaliser une structure définie par l'utilisateur.

Point crucial, la structure particulière unique définie par l'utilisateur détermine le nombre de règles que les robots doivent suivre. En d'autres termes, le processus de construction trouve son origine dans des règles simples au lieu d'un plan et d'un projet élaborés comme nécessaire avec l'Homme.

L'équipe de robots dotée de ce type de contrôle indépendant, décentralisé, présente plusieurs avantages. « Un robot peut se casser mais le reste continuera » ajoute Werfel. « Aucun élément critique n'existe qui peut compromettre tout l'ensemble par sa défaillance ».

De tels systèmes sont aussi modulables. « Pour un tâche plus importante, vous pouvez juste ajouter plus de robots sans avoir à changer la manière dont ils sont programmés ». Un système robotique avec un contrôle centralisé au contraire pourrait avoir une limite dans le nombre d'éléments contrôlés que l'on peut ajouter ».

« Une perspective d'utilisation à long terme pour une équipe de robots comme celle-ci serait de construire des structures pour un usage humain, ce qui pourrait s'avérer utile dans un contexte dangereux ou difficile pour le travail humain (par exemple faire des abris après un séisme, un site d'hébergement sous-marin ou sur une autre planète). Même si nous en sommes encore loin » conclut Werfel, « une application à plus court terme pourrait être de former des digues de sac de sable en cas d'inondation ».

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