Des robots qui se déplacent sans effort comme les humains
Les robots humanoïdes deviendront beaucoup plus communs dans les prochaines années. Pourtant, nombre d’entre eux se déplacent encore d’une manière plutôt robotique par rapport aux humains qu’ils imitent. Les humains et les animaux se déplacent remarquablement bien, grâce à des modèles naturels d’oscillation. Ces mouvements économes en énergie, connus sous le nom de «dynamique intrinsèque», comprennent le trot naturel des animaux quadrupèdes, et la façon dont leurs muscles se raidissent lorsqu’ils marchent sur des surfaces rigides. Dans le cadre du projet M-Runners financé par l’UE, des chercheurs du Centre aérospatial allemand (DLR) et de l’université technique de Munich (TUM) ont développé un outil capable de transposer la dynamique intrinsèque dans les systèmes robotiques. La recherche permettra non seulement de faire bouger plus facilement les robots sur Terre, mais aussi de développer des robots capables de se déplacer dans des situations difficiles hors monde. «Cette recherche s’est concentrée sur les robots élastiques et sur la manière de les concevoir et de les actionner avec un contrôle minimal», explique Alin Albu-Schäffer, qui dirige les deux groupes de recherche au DLR et à la TUM. «À l’avenir, cela pourrait contribuer au développement de robots très économes en énergie, facteur essentiel pour l’exploration d’autres planètes où l’alimentation électrique est limitée», ajoute-t-il.
Identifier les oscillations dans le processus de locomotion
Le nouvel outil d’analyse permet de déterminer les mouvements les plus économes, et les plus efficaces, dans un système. Il a été conçu pour identifier les oscillations intrinsèques des systèmes non linéaires, c’est-à-dire les mouvements qui peuvent se produire sans aucun actionnement dans un modèle idéalisé. L’outil peut identifier la dynamique naturelle de systèmes non linéaires très complexes, notamment ceux du robot quadrupède BERT, conçu par Alin Albu-Schäffer au DLR. Dans le cadre du projet, les équipes ont identifié six schémas de mouvements différents pour BERT, si fluides, que dans un monde sans frottement, leur exécution ne demanderait aucune énergie. Sur le robot réel, seules les pertes d’énergie dues aux impacts au sol et aux frottements doivent être compensées, mais la coordination entre les membres se fait toujours sans effort. Ces mouvements sont similaires à l’allure des animaux quadrupèdes, tels que la marche, le saut et le trot.
Identifier et caractériser les dynamiques naturelles
Le principal résultat a été une meilleure compréhension de la manière d’identifier et de caractériser la dynamique naturelle des systèmes non linéaires. Cela a contribué à la conception de «contrôleurs» économes en énergie, qui supportent les mouvements intrinsèques des systèmes robotiques. «Le concept de contrôle appliqué à BERT consiste essentiellement à réduire au minimum l’entrée de commande externe et à s’appuyer sur la mécanique du système lui-même», explique Alin Albu-Schäffer. «Les trajectoires ne sont pas “imposées” au système, mais soutiennent les mouvements naturels auxquels le système est physiquement enclin», explique-t-il.
Recherches sur la robotique dans l’espace
La recherche en robotique spatiale se poursuit, et une version de BERT a déjà été testée dans le cadre de plusieurs missions spatiales. «Le robot de notre institut a été contrôlé par des astronautes à bord de l’ISS dans le cadre du projet Surface Avatar », confie Alin Albu-Schäffer. «Ces missions ont principalement étudié l’aspect contrôle à distance d’un quadrupède en exploration spatiale, ce qui est également important pour l’éventuelle application de BERT dans un contexte spatial sur la Lune ou sur Mars», explique-t-il. L’équipe applique actuellement les méthodes développées dans le cadre du projet à la conception d’un nouveau robot humanoïde, qui devrait courir et se déplacer plus rapidement et avec un meilleur rendement que les robots actuels. Ces robots trouveront des applications dans l’exploration spatiale, mais aussi dans les tâches quotidiennes, notamment dans l’environnement domestique.
Mots‑clés
M-Runners, robot, humanoïde, mouvement, oscillation, locomotion, dynamique naturelle, robotique, espace
