Un robot européen qui se déplace comme une salamandre

Une équipe européenne a développé un modèle théorique du cordon médullaire de la salamandre et l'a mis en oeuvre dans un robot amphibie imitant la salamandre. Le robot change sa vitesse et sa démarche en réponse à des signaux électriques simples, suggérant que le système neural distribué du cordon médullaire tien la clef des possibilités locomotrices complexes des vertébrés.

Dans un article paru dans la revue Science, les scientifiques de l'EPFL en Suisse et du centre de recherches de l'INSERM/université de Bordeaux en France présentent leur robot, Salamandra Robotica. Cette créature jaune à quatre jambes révèle beaucoup au sujet de l'évolution de la locomotion vertébrée. C'est également une démonstration grandeur nature que des robots peuvent être employés pour examiner et vérifier des concepts biologiques, et que très souvent la nature elle-même offre des solutions idéales à la conception de robots.

Les chercheurs ont utilisé un modèle numérique du cordon médullaire des salamandre pour explorer trois questions fondamentales liées au mouvement de ce vertébré : quels étaient les changements du cordon médullaire qui ont permis l'évolution de la locomotion aquatique à la locomotion terrestre ? Comment les membres et les mouvements axiaux sont-ils coordonnés ? Et comment est-ce qu'un signal électrique simple du tronc cérébral est traduit par le cordon médullaire en changement de démarche ?

Une fois avoir estimé bien répondu à ces questions, l'équipe a mis son modèle en oeuvre - un système d'oscillateurs couplés représentant des réseaux neuronaux du cordon médullaire - sur un robot imitant une salamandre primitive. Des signaux électriques simples, comme les signaux envoyés du cerveau supérieur au cordon médullaire, ont été envoyés sans fil d'un ordinateur portable au robot. Ces signaux étaient suffisants pour lui faire changer sa vitesse et sa direction ou bien faire passer le robot de la marche à la natation. Le modèle fournit donc une explication potentielle - approprié pour toutes les marches à quatre jambes - de la façon dont une locomotion agile est commandée par les mécanismes neuraux distribués situés dans le cordon médullaire.

Le robot sert ici d'outil d'expérience pour la neurobiologie, explique le professeur Auke Ljspeert d'EPFL. « Nous avons utilisé le robot pour prouver que notre modèle reflète réellement la réalité. Le robot a été très utile pour valider notre modèle et montrer qu'il pourrait efficacement moduler vitesse, direction et démarche - aspects qui ont besoin d'un « corps » mécanique pour être correctement évalués - et vérifier également que les mouvements produits sont près de ceux d'une vraie salamandre. »

Cette recherche peut au bout du compte servir à mieux comprendre les circuits plus sophistiqués du cordon médullaire humain. Si les signaux de commande reçus par le cordon médullaire pouvaient être identifiés, peut-être serait-il alors possible de les reproduire par des stimulations électriques chez les patients présentant des dommages au cordon médullaire.

Et c'est également une nouvelle et brillante démonstrationde ce que la biologie offre des idées uniques pour la conception de robots. La « nature a trouvé une manière élégante de faire un circuit sophistiqué dans le cordon médullaire et de contrôler les muscles à partir de là, » note Ljspeert. « C'est une solution fantastique pour coordonner des degrés de liberté multiples d'une manière distribuée simple. » Des robots qui pourraient changer leur vitesse, direction, et démarche via des signaux à distance simples, comme la matière organique le fait, seraient extrêmement utiles dans les missions de recherche et de sauvetage, par exemple.