Le robot mou nageur le plus rapide s’inspire des raies Manta

Le genre Manta est caractérisé par de grandes raies possédant une envergure minimale de 5,5 mètres. Et aux nageoires pectorales, triangulaires et très élargies, n’étant pas sans rappeler des ailes… Les raies les utilisent d’ailleurs d’une façon similaire à celle des oiseaux, leur corps aplati battant de ses « ailes » pour nager. Le résultat est très efficace ! En effet, il suffit aux Manta de deux battements à forte amplitude par seconde pour se projeter en avant à grande vitesse.

Après un premier essai prometteur en robotique molle s’inspirant des traits biologiques particuliers de ces animaux marins, une équipe de recherche a remis le couvert en améliorant leur design. Le robot mou nageur mis au point par les scientifiques de l’université d’État de Caroline du Nord, à Rayleigh, et de l’université de Virginie, à Charlottesville (États-Unis), est ainsi parvenu à battre le record de vitesse… établi auparavant par la même équipe ! La conception de ce nouvel engin ainsi que ses capacités sont décrites dans le journal Science Advances en date du 4 décembre 2024.

Le robot Manta monostable : moins lourd et moins énergivore

Le premier auteur de cette nouvelle étude dans le domaine de la robotique se nomme Haitao Qing. Avec l’aide de ses collègues, il a fabriqué un robot nageur en forme d’aile. Deux rubans de polyester ont tout d’abord été attachés à un corps flexible en silicone. Celui-ci contenait une chambre permettant de pomper de l’air à l’intérieur de l’engin. Ensuite, les chercheurs ont relié les extrémités des rubans, formant ainsi une paire d’ailes bistables. À ce stade, le nouveau robot était équivalent à sa première mouture de 2,8 grammes, qui pouvait manœuvrer de 157° en une seconde et nager à 3,74 longueurs par seconde en un seul battement d’ailes – un résultat alors 48 fois plus rapide que le précédent record ! Mais des ailes bistables sont, comme leur nom l’indique, stables dans deux états : les ailes relevées ou baissées. Autrement dit, effectuer un aller-retour des ailes demande deux actionneurs différents – autant de masse à ajouter au robot – à activer l’un après l’autre – et autant d’énergie utilisée. Voilà pourquoi l’équipe de Haitao Qing s’est penchée vers un modèle monostable.

Après la formation de ses ailes bistables, le robot nouvelle génération a eu droit à un traitement thermique à 55°C permettant de relâcher partiellement l’énergie élastique stockée dans les ailes. C’est de cette manière que les scientifiques sont parvenus à obtenir un robot monostable – stable uniquement les ailes relevées. Désormais, il suffisait d’un actionneur – alimenté par énergie pneumatique grâce au gaz comprimé dans la chambre en silicone – pour battre des ailes vers le bas, ces dernières revenant d’elles-mêmes en position relevées. Les chercheurs ont dans un premier temps testé la nage en surface de leur robot de 2,2 grammes dans un aquarium de 56 litres, puis dans un second temps sa nage sous-marine dans un second aquarium de 132 litres – lesté cette fois d’une boule en acier de 0,68 gramme. Avec une consommation d’énergie 1,6 fois moindre, le nouveau robot Manta a atteint une vitesse presque double de celle de son prédécesseur : 6,8 longueurs par seconde. Soit 156 mm/s, une valeur comparable à celle du saumon de l’Atlantique ! À l’avenir, de tels engins pourraient servir lors de missions d’exploration en eaux profondes ainsi que pour la surveillance environnementale en surface ou sous-marine.