Robot inspiré du rat promet des capacités d'inspection agiles

Les robots à pattes sont très prometteurs pour les applications réelles, mais leur fonctionnement dans des espaces étroits reste un défi. Une solution pour améliorer leur adaptabilité environnementale est de concevoir un petit robot biomimétique capable d'effectuer plusieurs mouvements et de transporter des charges. En l'occurrence, les rats vivant dans les grottes ont attiré beaucoup d'attention grâce à leur agilité et adaptabilité inégalées. Beaucoup d'efforts ont été faits pour imiter la morphologie ou les caractéristiques de mouvement des rats.

Récemment, une équipe dirigée par le Prof. Qing Shi de l'Institut de Technologie de Pékin, Chine, a développé un nouveau robot rat nommé SQuRo (small-size quadruped robotic rat).

L'équipe du Prof. Shi a développé des robots capables de reproduire leurs mouvements ou comportements. Par un design bio-inspiré, ils ont développé un robot rat à roues capable de multiples comportements rat-like. Récemment, ils ont remplacé les roues par des pattes pour améliorer encore l'agilité du mouvement. Dans cette étude, publiée dans le journal IEEE Transactions on Robotics, les résultats expérimentaux ont révélé que le robot à pattes SQuRo est capable d'imiter le mouvement de vrais rats dans des espaces étroits.

Les rats s'adaptent aux espaces étroits grâce à leur corps long et mince et leur agilité inégalée. Pour copier l'agilité du mouvement, l'équipe a fait plein usage de la morphologie et caractéristiques de mouvement des rats dans les grottes. L'équipe a d'abord extrait les articulations clés de mouvement (KMJ) des rats et complété la configuration DOF (degrés de liberté). Spécifiquement, ils ont conçu 2 DOF dans chaque membre pour reproduire le mouvement des membres, 2 DOF dans la taille et 2 DOF dans la tête pour reproduire le mouvement flexible de la colonne vertébrale. Bénéficiant d'une colonne vertébrale longue et flexible, SQuRo peut plier son corps et tourner rapidement.

Outre la copie de la morphologie des rats, un robot rat présente aussi les caractéristiques de locomotion des rats. Pour ce faire, l'équipe a proposé un contrôleur en boucle ouverte hiérarchique pour atteindre un mouvement multimodal similaire à celui des rats. Le cadre de contrôle consiste principalement en trois couches : 1) un planificateur multi-mouvements avec quatre modes de mouvement de base et établit une relation directe entre la variable de contrôle et les forces de réaction au sol (GRF) ; 2) optimisation des paramètres avec considération de la stabilité et limites d'actionnement ; 3) génération de trajectoire de chaque articulation. Le cadre de contrôle rend possibles mouvements agiles et transitions rapides.

Grâce à la structure flexible biomimétique et au contrôle de mouvement multimodal, SQuRo peut effectuer divers mouvements : accroupi-debout, marche, rampage, virage, et peut récupérer après une chute en contrôlant ses membres et parties cervicales pour ajuster son centre de masse (CoM). De plus, via des tests terrain, SQuRo a traversé avec succès un passage étroit irrégulier (largeur intérieure 90 mm), franchi un obstacle de 30 mm de hauteur, et atteint une locomotion stable sur une pente de 15°, démontrant son potentiel pour des tâches d'inspection dans des espaces étroits.

Comparé aux robots quadrupèdes state-of-the-art d'échelle similaire, le nouveau SQuRo a un corps relativement plus allongé, plus mince et plus léger. Le rayon de braquage minimum de 0,48 longueur de corps est bien plus petit que celui des autres robots. En plus, SQuRo peut atteindre une locomotion stable même en portant une charge égale à 91 % de son propre poids, démontrant sa capacité de charge supérieure comparé aux petits robots quadrupèdes. Ces capacités permettent à SQuRo de passer agilement par des espaces étroits et terrains accidentés et effectuer des tâches comme détection ou transport dans scénarios pertinents.

Pour plus d'informations, contactez Ruoxi Tian, IEEE Transactions on Robotics, à cet email protégé.