Inspirer la conception robotique : Leçons de la locomotion des étoiles de mer

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Le mouvement des étoiles de mer implique le mouvement de centaines de minuscules pieds tubulaires. (Image : Gerald 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 laboratoire de mouvement bio-inspiré Kanso, basé au sein du département d'ingénierie aérospatiale et mécanique de l'USC Viterbi, les étoiles de mer posent un phénomène intrigant. Le laboratoire Kanso se spécialise dans le déchiffrement de la physique des flux des systèmes vivants, appliquant souvent ces insights pour informer les développements en robotique.

L'article récent du laboratoire dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), « La dynamique des pieds tubulaires pilote l'adaptation dans la locomotion des étoiles de mer » (13 janvier 2026), révèle que le mouvement des étoiles de mer est dirigé par une rétroaction locale de chaque pied tubulaire, chacun ajustant dynamiquement son adhérence à la surface en réponse à divers degrés de contrainte mécanique.

« Nous avons commencé à travailler sur les étoiles de mer avec le laboratoire McHenry à UC Irvine, puis nous avons collaboré avec des biologistes de l'Université de Mons en Belgique », a déclaré Eva Kanso, directrice du laboratoire Kanso et professeure d'ingénierie aérospatiale et mécanique, de physique et d'astronomie. « Ensemble avec le professeur associé Sylvain Gabriele et l'étudiante diplômée Amandine Deridoux au laboratoire SYMBIOSE, nous avons conçu un "sac à dos" spécial imprimé en 3D pour l'étoile de mer. En chargeant et déchargeant le sac à dos, nous pouvions observer et mesurer comment chaque pied tubulaire réagissait au poids ajouté. »

Les chercheurs ont découvert que chaque pied réagissait indépendamment aux charges changeantes. « Dès le départ, nous avions émis l'hypothèse que les étoiles de mer s'appuient sur une stratégie de contrôle hiérarchique et distribuée, dans laquelle chaque pied tubulaire prend des décisions locales sur le moment d'attacher et de 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 quantifier ces réponses locales. « Nous avons développé un modèle mathématique montrant comment de simples règles de contrôle locales, couplées par la mécanique du corps, peuvent donner naissance à une locomotion coordonnée de l'animal entier. »

Ce modèle de mouvement adaptatif basé sur la rétroaction locale est hautement pertinent pour la conception de robots souples et multi-contacts. Applications potentielles sur terre, sous l'eau et même sur d'autres planètes, incluent des systèmes de locomotion décentralisés pour robots naviguant sur des terrains inégaux, verticaux et inversés — des environnements qui empêchent une communication constante depuis un « contrôle de mission » central ou un décideur humain.

« Nous avons également mené des expériences où nous avons retourné l'étoile de mer à l'envers — la morphologie des pieds tubulaires permet à l'étoile de mer de continuer à bouger », a dit Kanso. « Imaginez simplement si vous faisiez un poirier. Votre système nerveux vous ferait immédiatement savoir que vous étiez dans une position opposée à la gravité. Mais une étoile de mer n'a pas de telle reconnaissance collective. »

Au lieu de cela, l'étoile de mer est équipée de la connaissance locale de chaque pied tubulaire subissant la force de gravité différemment. Le mouvement coordonné est dû au fait que les pieds sont mécaniquement liés au corps ; quand un pied pousse, le mouvement affecte les autres pieds. En conséquence, les défaillances locales n'arrêtent pas nécessairement tout le système — permettant une robustesse et une résilience avancées.

C'est un avantage significatif pour les robots autonomes naviguant dans des environnements extrêmes, susceptibles de basculer, perdre ou gagner de la charge, ou être déconnectés d'une source de communication centrale. Alors que les animaux rapides (des insectes aux gymnastes) s'appuient sur des « générateurs de patterns centraux » — circuits neuronaux spécialisés situés dans le tronc cérébral qui produisent des patterns moteurs rythmiques — les étoiles de mer lentes sont primées pour s'adapter dynamiquement aux changements environnementaux.

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