Etude de la nage des serpents

Publié par Muséum d'histoire naturelle Nantes Métropole, le 6 septembre 2022   170

Le vivarium du muséum de Nantes, acteur de la recherche et de l’innovation en bio-inspiration !

L'une des missions du Muséum d'histoire naturelle est de participer et d'établir des partenariats universitaires autour de la la recherche en biodiversité. C'est dans cet esprit que le Muséum met son expertise au service de l’IMT Atlantique.

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Le projet SSSNAEQ* soutenu par l’Agence Nationale de Recherche, consiste à étudier la nage des serpents et leur comportement aquatique afin de comprendre les mécanismes qui leur permettent d’évoluer dans ce milieu. L’objectif est de développer de nouveaux stabilisateurs actifs pour les serpents robots dont certains pourront être utilisés dans les processus de nettoyage des cours d’eau ou des océans et de développer une approche réellement bio-inspirée .

Dans le respect du bien-être animal, le vivarium met à disposition des serpents nageurs (notamment la couleuvre vipérine), pour les faire évoluer dans une piscine spécialement conçue à cet effet. L'ensemble de leurs mouvements sont captés par des caméras afin d'être analysés par les chercheurs de l’IMT.

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Cette première phase d’acquisition de données avec les serpents a eu  lieu au début du mois de juillet 2022. Des études complémentaires seront probablement nécessaires et les résultats de cette expérimentation ne
seront connus que d’ici quelques mois.

NATRIX: un robot serpent nageur

Les chercheurs de l'IMT Atlantique ont développé NATRIX, un robot serpent nageur pouvant se stabiliser à la surface de l’eau. Ce projet bio-inspiré vise à reproduire la fluidité de la nage en surface du mocassin d’eau, une vipère vivant en Floride et capable de déformer son corps pour maintenir sa tête à l’équilibre sur l’eau.

L’originalité de ce projet est d’inclure en plus de la flexion latérale, un mouvement de roulis contrôlé sur chaque section du corps. La structure du robot est 100% imprimée en 3D et étanche.

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En savoir plus ici

*Processus de stabilisation en robotique marine de surface inspiré de la nage des serpents

Extrait

Une nouvelle génération de robots inspirés de la nage des serpents  aquatiques a récemment émergé dans les contextes académiques. Ces robots sont plus compacts, maniables et économes en énergie que les navires  autonomes de surface. Ainsi, grâce à leur exceptionnelle manœuvrabilité, ils pourraient intervenir en urgence dans des situations complexes
(chavirement, débris de surface, marée noire) grâce à leur  exceptionnelle manœuvrabilité. Cependant, malgré ce potentiel, ils  souffrent d'une stabilité en surface trop précaire dans des conditions  extrêmes (houle, vent), la poussée d’Archimède associée à certaines  formes de corps pouvant les renverser. Le projet SSSNAEQ vise à lever  les verrous scientifiques de l’instabilité de surface en s’inspirant des serpents, utilisant l'ensemble de leur corps comme organe stabilisateur
pour contrôler dynamiquement la distribution des moments de  flottabilité. Aussi, SSSNAEQ sera la première étude théorique et  expérimentale des processus d'équilibre statique et dynamique en surface des corps hyper-redondants autopropulsés. Les progrès de SSSNAEQ  s’articuleront autour des questions suivantes pour les robots et les  serpents. Quelles sont les conditions de stabilité statique d'un corps  hyper-redondant flottant en surface? Quelles sont les forces
hydrodynamiques qui agissent sur un corps autopropulsé pouvant affecter  sa stabilité de surface? Comment utiliser la physique de ces  interactions et la morphologie serpentine pour contrôler la stabilité  d'un robot hyper-redondant? Ainsi, SSSNAEQ poursuivra les trois  objectifs principaux que sont l’analyse des mécanismes de stabilisation à la surface des corps hyper-redondants, la conception d’un prototype innovant d'un robot bio-inspiré serpentiforme, et le développement de
lois de commande à la fois sur un modèle hydrodynamique et sur les réflexes sensoriels, en s’appuyant pleinement sur la morphologie du robot. Cette approche bio-inspirée bénéficiera d’une collaboration avec  le Muséum d’Histoire Naturelle de Nantes. Le défi scientifique
consistera ici à développer de nouveaux modèles d'interactions  fluide-structure à la surface d'un fluide, suffisamment concis pour être exploités par le contrôle de la stabilisation du robot. Pour cela, le  projet poursuivra une étude théorique et expérimentale des interactions  fluide-structure à la surface du fluide. Dans un second temps, une  plateforme robotique sera développée afin d’améliorer notre  compréhension du processus de stabilisation qui sera mis en œuvre dans
la commande. L’originalité de cette phase repose sur le développement de deux technologies inédites: un nouveau type d’actionnement : le système ARIM, basé sur un contrôle de la morphologie du robot, et un nouveau  type de perception l’E-sense of touch, permettant au robot de percevoir son niveau d’immersion grâce au sens électrique. La synthèse de ces  concepts et technologies s’effectuera par une loi de commande exploitant les synergies action/perception, afin de piloter localement les effets  dé/stabilisants en surface pour in-fine contrôler la stabilité globale. En rupture avec les technologies actuelles, l'intelligence incarnée dans le corps du robot soulagera la partie commande en intégrant des grands principes de la bio-inspiration: redondance, agilité et résilience. SSSNAEQ est une occasion unique d’apporter une solution technologique
innovante et bio-inspirée à des problèmes environnementaux et sociétaux.