Des capteurs inspirés des araignées pour permettre aux drones de réagir plus vite

le 25 mai 2019 à 17h30
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drone Unsplash

Et si les drones et les voitures autonomes avaient les sens de Spider-Man ?

Des chercheurs construisent des capteurs inspirés des animaux pour les intégrer dans des coques d'avion, de voiture et de drone autonome afin de mieux détecter et éviter les objets.

S'inspirer des sens des animaux...


Le but de cette innovation ? Mieux éviter les objets, selon Andres Arrieta, professeur assistant en génie mécanique à l'Université Purdue. Cette dernière explique que cette nouveauté permettrait à des objets connectés de récupérer des informations sensorielles plus rapidement. Des capacités de détection améliorées permettraient ainsi aux drones de naviguer dans des environnements dangereux et aux voitures de mieux prévenir les accidents causés par une erreur humaine.

Selon les chercheurs de Purdue, la technologie de capteur de pointe actuelle ne traite pas les données assez rapidement, « alors que la nature le fait aisément ». Les chercheurs ont ainsi construit des capteurs inspirés des araignées, des chauves-souris, des oiseaux et d'autres animaux, dont les sens sont des terminaisons nerveuses liées à des neurones spéciaux appelés mécano-récepteurs. Les terminaisons nerveuses (mécanosensors) ne détectent et ne traitent que les informations essentielles à la survie de l'animal. Ils prennent la forme de cheveux, de cils ou de plumes.

« Il existe déjà une explosion de données que les systèmes intelligents peuvent collecter - et ce débit augmente plus vite que ce que l'informatique conventionnelle serait capable de traiter », a déclaré Arrieta, dont le laboratoire applique les principes de la nature à la conception de structures, allant des robots aux ailes d'avion. « La nature n'a pas à collecter toutes les données, elle filtre ce dont elle a besoin ». De nombreux mécanosenseurs biologiques filtrent les données en fonction d'un seuil, tel que les changements de pression ou de température.

Les mécanosenseurs velus d'une araignée, par exemple, sont situés sur ses pattes : quand une toile d'araignée vibre à une fréquence associée à une proie ou à un partenaire, les mécanosenseurs la détectent, générant un réflexe qui réagit très rapidement. Les mécanosenseurs ne détectent pas une fréquence plus basse, telle que celle de la poussière sur la toile, cette dernière n'ayant aucune importance pour la survie de l'araignée.

... pour s'en servir au sein de nouvelles technologies


L'idée à terme est donc d'intégrer des capteurs similaires à ceux des animaux, directement dans la coque d'une machine autonome, telle qu'une aile d'avion ou la carrosserie d'une voiture. Les chercheurs ont démontré dans un article publié au sein d'ACS Nano que des mécanosenseurs inspirés des poils des araignées pouvaient être personnalisés pour détecter des forces prédéterminées. Dans la vie réelle, ces forces seraient associées à un certain objet qu'une machine autonome devra éviter.

« Il n'y a pas de distinction entre matériel et logiciel dans la nature ; tout est interconnecté », a déclaré Arrieta. « Un capteur est conçu pour interpréter les données, ainsi que pour les collecter et les filtrer ». Dans la nature, lorsqu'un niveau de force particulier active les mécanorécepteurs associés au mécano-capteur velu, ces mécanorécepteurs calculent les informations en passant d'un état à un autre.

Les chercheurs de Purdue, en collaboration avec la Nanyang Technology University de Singapour et l'ETH Zürich, ont conçu leurs capteurs de manière à faire de même et à utiliser ces états activé/désactivé pour interpréter les signaux. Une machine intelligente réagirait alors en fonction de ce que ces capteurs calculent. Arrieta explique que le matériau du capteur utilisé est conçu pour changer rapidement de forme lorsqu'il est activé par une force externe : la modification de la forme permet aux particules conductrices du matériau de se rapprocher, ce qui permet à l'électricité de circuler dans le capteur et de transmettre un signal. Ce signal indique comment le système autonome doit réagir. « À l'aide d'algorithmes d'apprentissage automatique, nous pourrions former ces capteurs à fonctionner de manière autonome avec une consommation d'énergie minimale », a déclaré Arrieta. « Il n'existe pas non plus d'obstacles à la fabrication de ces capteurs dans différentes tailles ».

Ces recherches s'alignent sur les innovations de Purdue, reconnues pour leurs avancées mondiales en matière d'intelligence artificielle, d'algorithmes et d'automatisation.

Plus d'informations sont à retrouver sur le site officiel de Purdue.
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