Grâce à la forme de son exosquelette, le cafard peut pivoter sur son axe pour surmonter un obstacle. Le robot aussi (Chen Li, UC Berkeley, CC BY-SA)

Tout éblouis que nous sommes par les belles réussites des machines intelligentes, nous en oublierions presque que les défis physiques posés aux IA sont bien plus délicats. Il ne faut donc pas se retenir de célébrer une réussite apparemment bien futile : un robot se déplaçant avec la dextérité d’un cafard.

Un indéniable exploit de la Robotique, que des chercheurs de l’université de Californie à Berkeley ont publié dans la revue Bioinspiration & Biomimetics un article (de 20 pages + une vidéo). Ils y présentent leur “velociroach” (soit veloci-cafard).

 Un robot tout-terrain

Car il n’aura échappé à personne que les systèmes d’intelligence artificielle peuvent résoudre des problèmes avec une rapidité surhumaine mais que, enchâssées dans un corps mécanique et devant négocier avec les obstacles et lois du monde réel, ils se révèlent bien balourds et lents (“leurs ailes de géants les empêchent de marcher“). Le corps est, pour l’informatique, un domaine des plus difficile à conquérir.

C’est dans cette perspective qu’il faut jauger la réussite obtenue par les roboticiens de Berkeley : les chercheurs ont focalisé leurs efforts sur la structure physique d’un robot “tout terrain”, analysant la manière dont les plusieurs insectes se déplacent dans un environnement encombré (par des herbes, des cailloux, etc.). Finalement ce sont les cafards qui ont obtenu leur faveur.

 Le cafard se sert de son exosquelette pour résoudre le problème des obstacles

L’idée était de transférer au corps du robot une partie des compétences usuellement assignés au raisonnement formel des robots : trouver la meilleure forme externe qui évite de surcharger en calculs leur cerveau électronique en quête de stratégies d’évitement et de progression. Ainsi, ils ont utilisé un mécanisme de locomotion très simple, un petit moteur à pattes (avec crochets), dont la seule fonction est de toujours se maintenir en mouvement, sans aucun capteur ni boucle de rétroaction permettant au robot de s’adapter à la situation.

Or, comme l’ont découvert les chercheurs, la “coquille” en forme d’ovoïde convexe du cafard permet à l’insecte de pivoter sur son axe longitudinal de manière automatique durant sa marche entre des obstacles resserrés (voir la vidéo ci-dessous ou ici pour une meilleure définition), sans qu’il ait besoin de modifier le mouvement des pattes. Cette compétence physique naturelle s’est révélée essentielle pour la résolution du problème des obstacles. C’est le type d’invention qui rendra les robots plus dégourdis pour aider les humains dans des terrains encombrés ou pour les secourir.

 Il est plus facile pour les IA de reconnaître un visage que de se mouvoir dans un environnement naturel

Le problème du corps est bien plus difficile à surmonter que certaines compétences abstraites humaines, comme la reconnaissance des images et visages, la compréhension du langage, etc. : comment composer avec les irrégularités et les fluctuations du monde réel, négocier avec la gravité et les autres lois de la physique ? La robotique est aux prises avec le “corps” depuis sa naissance, et la recherche s’est orientée depuis quelques années sur le concept d’ “intelligence corporelle” pour alléger le besoin de calcul.

Par exemple, le chercheur Tad McGeer de l’Université Simon-Fraser (Canada) a montré voici quelques années qu’on peut faire marcher sur un plan légèrement incliné un objet sans utiliser ni moteur, ni capteurs ni calculs : une structure physique bien construite peut, à l’aide des lois de la gravité, remplacer avantageusement un module IA dédié à la marche (vidéo du “marcheur passif” ci-dessus).

Román Ikonicoff          

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• Robot : tu ne tueras point ! – S&V n°1133 – 2012 – Les robots font ce qu’on leur dit de faire. Mais ils n’ont aucune éthique ! Dans la perspective d’une arrivée massive de ces machines dans l’espace public et privé, les chercheurs tentent de les doter d’une morale, à l’aide de programmes inspirés par des principes philosophiques.    

C’est chez le ver C. elegans que les chercheurs ont trouvé la première boussole biologique (Crédit : Marumaya)

Cela faisait des décennies qu’on le cherchait. Quoi ? Le senseur de champ magnétique terrestre censé orienter certains animaux, comme l’oie, la tortue, le loup, le pigeon. Et il a été découvert dans… la tête d’un ver. Une double surprise pour les biologistes de l’université du Texas à Austin, qui déterrent ainsi la première boussole biologique.

Si la découverte devrait grandement éclaircir la manière dont certains êtres vivants s’orientent géo-spatialement selon les lignes du champ magnétique terrestre, les chercheurs pensent déjà à des applications plus terre à terre, dans l’agriculture par exemple.

Le champ magnétique au bout du neurone

C’est un neurone nommé AFD dont la terminaison a une drôle de forme – entre l’antenne radio et un aigle en ombre chinoise – qui rendrait les vers C. elegans capables de s’orienter alors qu’ils sont enfouis sous la terre. De fait les vers qui cherchent de la nourriture ont tendance à s’enfoncer dans la terre vers le bas. Mais les chercheurs ont réussi à berner les vers : ils en ont fait venir au laboratoire d’Hawaii, d’Angleterre et Australie, et ont constaté que selon leur lieu de provenance ils ne suivaient pas nécessairement le chemin descendant : par exemple, des vers transportés depuis l’Australie cherchaient même à “creuser” la terre… vers le haut.

Le neurone senseur de champ magnétique de C. elegans (Crédit : Andrés Vidal-Gadea)

En revanche, comparés aux lignes de champ magnétique local de leur région d’origine, leur orientation de creusement était bien dirigée vers le bas. Aussi, les chercheurs ont conclu que chaque ver syntonise son capteur de champ magnétique en fonction de son lieu d’habitation afin de toujours creuser vers le bas. Les chercheurs ont également modifiés génétiquement certains individus afin de désactiver le neurone AFD : ceux-ci étaient alors incapables de s’orienter normalement.

Le mariage du mécanique et du biologique

A l’instar de l’horloge biologique dont nous avons parlé ici même, la “boussole intérieure” passionne les chercheurs d’autant qu’aucun dispositif de ce type n’avait jusqu’ici été identifié clairement. De fait, les dispositifs biomécaniques forgés par les lois statistiques de l’évolution, soit la sélection naturelle des organismes qui se multiplient le mieux, attirent particulièrement les scientifiques car ils réalisent mieux que les ingénieurs le mariage entre le mécanique et le vivant – qui pourrait inspirer les ingénieurs.

Dessin représentant la forme du neurone senseur de champ magnétique (à droite, son aspect avec produits de contraste)

Dans tous les cas, la découverte de cette première boussole biomécanique ouvre la voie à l’identification des mécanismes d’orientation magnétique dans les autres espèces. Sans compter que les chercheurs voient également dans leur découverte une application bien plus terre-à-terre : la protection des terres agricoles contre des animaux ravageurs à l’aide de champs magnétiques artificiels qui les désorienteraient…

Román Ikonicoff

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