Conception de robots inspirante :leçons tirées de Sea Star Locomotion

INITIÉ AU Motion Design

Le mouvement des étoiles de mer implique le mouvement de centaines de minuscules pieds tubulaires. (Image :Gérald Corsi/iStock)

Les étoiles de mer sont des créatures dont les mouvements impliquent la coordination de centaines de minuscules pieds tubulaires pour naviguer dans des environnements complexes, malgré l’absence de cerveau central. En d’autres termes, c’est comme si chaque pied avait son propre esprit.

Pour le Kanso Bioinspired Motion Lab, basé au sein du département de génie aérospatial et mécanique de l'USC Viterbi, les étoiles de mer constituent un phénomène intrigant. Le Kanso Lab est spécialisé dans le décodage de la physique des flux des systèmes vivants, appliquant souvent ces connaissances pour éclairer les développements en robotique.

Article récent du laboratoire dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) , "La dynamique des pieds tubulaires entraîne l'adaptation dans la locomotion des étoiles de mer" (13 janvier 2026), révèle que le mouvement des étoiles de mer est dirigé par un retour local de pieds tubulaires individuels, chacun ajustant dynamiquement son adhésion à la surface en réponse à divers degrés de contrainte mécanique.

"Nous avons commencé à travailler sur les étoiles de mer avec le McHenry Lab de l'UC Irvine, puis nous nous sommes associés à des biologistes de l'Université de Mons en Belgique", a déclaré Eva Kanso, directrice du Kanso Lab et professeur de génie aérospatial et mécanique, de physique et d'astronomie. "En collaboration avec le professeur agrégé Sylvain Gabriele et l'étudiante diplômée Amandine Deridoux du laboratoire SYMBIOSE, nous avons conçu un "sac à dos" spécial imprimé en 3D pour l'étoile de mer. En chargeant et en déchargeant le sac à dos, nous avons pu observer et mesurer comment chaque pied de tube réagissait au poids supplémentaire. "

Les chercheurs ont découvert que chaque pied répondait indépendamment aux changements de charge. "Dès le début, nous avons émis l'hypothèse que les étoiles de mer s'appuient sur une stratégie de contrôle hiérarchique et distribuée, dans laquelle chaque pied de tube prend des décisions locales sur le moment où il doit s'attacher et se détacher de la surface en fonction de signaux mécaniques locaux, plutôt que d'être dirigé par un contrôleur central", a déclaré Kanso.

Les expériences ont permis à l'équipe de tester et de quantifier ces réponses locales. "Nous avons développé un modèle mathématique montrant comment des règles de contrôle locales simples, couplées à la mécanique du corps, peuvent donner lieu à une locomotion coordonnée d'un animal entier."

Ce modèle de mouvement adaptatif basé sur la rétroaction locale est très pertinent pour la conception de robotique douce et multi-contacts. Les applications potentielles sur terre, sous l'eau et même sur d'autres planètes incluent les systèmes de locomotion décentralisés pour les robots naviguant sur des terrains irréguliers, verticaux et à l'envers — des environnements qui empêchent une communication cohérente de la part d'un « contrôle de mission » central ou d'un décideur humain.

"Nous avons également mené des expériences dans lesquelles nous avons retourné l'étoile de mer - la morphologie des pieds tubulaires permet à l'étoile de mer de continuer à se déplacer", a déclaré Kanso. "Imaginez si vous faisiez le poirier. Votre système nerveux vous ferait immédiatement savoir que vous êtes dans une position opposée à la gravité. Mais une étoile de mer n'a pas une telle reconnaissance collective. "

Au lieu de cela, l’étoile de mer est dotée de la connaissance locale de chaque pied de tube subissant différemment la force de gravité. Le mouvement coordonné est dû au fait que les pieds sont liés mécaniquement au corps; lorsqu’un pied pousse, le mouvement affecte les autres pieds. En conséquence, les défaillances locales n'arrêtent pas nécessairement l'ensemble du système, ce qui permet une robustesse et une résilience avancées.

C’est un avantage non négligeable pour les robots autonomes naviguant dans des environnements extrêmes, susceptibles de se retourner, de perdre ou de gagner de la charge, ou d’être déconnectés d’une source de communication centrale. Alors que les animaux qui se déplacent rapidement (des insectes aux gymnastes) s'appuient sur des « générateurs de motifs centraux » — des circuits neuronaux spécialisés situés dans le tronc cérébral qui produisent des bruits moteurs rythmiques — les étoiles de mer qui se déplacent lentement sont préparées à s'adapter dynamiquement aux changements environnementaux.

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