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RÉSUMÉ
La navigation autonome est devenue l’un des enjeux technologiques majeurs du XXIe siècle. Les besoins de mobilité sont immenses en robotique de service et dans les transports. Plusieurs systèmes de localisation sont aujourd’hui disponibles : le GPS civil, très performant, mais souffrant d’une précision variable (de 5 m à 30 m) en fonction de la météo et de l’environnement, la vision par ordinateur, coûteuse en termes de ressources calculatoires mais aussi sensible aux variations de la luminosité, limitant ainsi son utilisation en extérieur. Directement inspiré de la fourmi du désert Cataglyphis, le robot hexapode AntBot se localise en comptant ses foulées et mesure sa distance parcourue (odométrie) visuellement en intégrant le défilement visuel
du sol. Son cap, quant à lui, est estimé à l’aide d’une boussole céleste. AntBot se repositionne avec une erreur d’à peine 7 cm, soit presque 100 fois plus faible que celle du GPS civil.
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Autonomous navigation has become one of the major technological challenges of the 21st century. Mobility needs are immense in service robotics and transports. Several location systems are now available: civilian GPS, which is very efficient, but suffers from variable accuracy (from 5m to 30m) depending on the weather and the environment, computer vision, expensive in terms of computing resources but also sensitive to variations in light, thus limiting its use outdoors. Directly inspired by the Cataglyphis desert ant, the AntBot hexapod robot is located on the basis of step counting and visual odometry by integrating the visual scrolling of the ground, while its heading is estimated using a celestial compass. AntBot repositioned itself with an error of just 7 cm, almost 100 times lower than the civilian GPS.
Auteur(s)
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Julien DUPEYROUX : Docteur, Aix-Marseille Université
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Stéphane VIOLLET : Directeur de recherche, CNRS
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Julien SERRES : Maître de Conférences, Aix-Marseille Université
INTRODUCTION
Un des instruments de navigation du robot AntBot repose sur un compas céleste détectant le rayonnement diffusé par l’atmosphère en bande spectrale ultraviolette (UV). Cet instrument est inspiré de la partie dorsale des yeux composés des insectes, et plus particulièrement de la fourmi du désert Cataglyphis fortis. Ce compas céleste bio-inspiré est doté de seulement deux photodiodes surmontées de filtres polarisants linéaires rotatifs permettant de balayer la voûte céleste, mesurant ainsi l’angle de polarisation (AdP) – noté mathématiquement ψ – de la lumière du ciel afin de fournir une information de cap au robot. Le modèle de détermination du cap s’inspire de celui proposé par Thomas Labhart (Université de Zürich, Suisse) sur la vision de la polarisation chez le grillon. Bien que ce modèle biologique doive être considéré avant tout comme une vue de l’esprit, il n’en reste pas moins très intéressant de par sa parcimonie sensorielle pour développer des instruments bio-inspirés capables de fournir une information de cap. Les performances de ce nouvel instrument de navigation décrites dans cet article attestent du caractère novateur, minimaliste, fiable et robuste de cette boussole optique pour l’estimation du cap d’un véhicule autonome naviguant en environnement extérieur.
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KEYWORDS
vision | Biomimicry | navigation | hexapod | celestial compass | bionics | biorobotics
DOI (Digital Object Identifier)
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Capteurs bio-inspirés pour la navigation céleste
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3. La perception de la lumière polarisée chez les fourmis du désert
3.1 L’œil composé de la fourmi
Comme tous les arthropodes, les fourmis sont dotées d’yeux composés (figure 2 A-C). Un œil composé est une structure convexe constituée d’une myriade de systèmes optiques ou « ommatidies ». Chacune d’entre elles forme un récepteur visuel unique et indépendant (figure 2 D ). Une ommatidie se compose d’une cornée formant une facette hexagonale (figure 2 E ), d’un cône cristallin (lentille) transparent permettant de guider les rayons lumineux jusqu’au rhabdome (figure 2 D ), lequel, axe central de l’ommatidie, transparent et conduisant la lumière à la manière d’un guide d’onde jusqu’aux cellules photoréceptrices (figure 2 D ) au nombre de 8 chez Cataglyphis et réparties radialement autour du rhabdome (figure 2 F ), et enfin de cellules pigmentées assurant à la manière d’un iris une modulation du flux lumineux absorbé (figure 2 F ).
Alors que les êtres humains possèdent une acuité visuelle de 1/60e de degré dans la fovéa, celle des abeilles atteint environ 1, 9° dans sa partie frontale , et les fourmis du désert jusqu’à 5° ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(5) - LOWRY (S.), SüNDERHAUF (N.), NEWMAN (P.), LEONARD (J.J.), COX (D.), CORKE (P.) et al - Visual Place Recognition :...
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