Modélisation du contact fluide-structure
Robot anguille sous-marin en 3D

Comparées à nos réalisations technologiques, les performances des poissons font rêver. Au nombre de celles-ci, on compte leurs prodigieuses capacités d’accélération pouvant atteindre jusqu’à vingt fois la gravité, leur vitesse excédant 70 km/h, leur extraordinaire manœuvrabilité : virage à 180^o sans ralentir et sur des rayons de courbure de l’ordre du dixième de leur longueur, tandis que les véhicules actuels doivent ralentir de moitié et prendre des rayons de courbure de l’ordre de dix fois leur longueur. En termes d’efficacité, leur rendement est de l’ordre de dix fois supérieur à ceux de nos meilleurs sous-marins, etc. Ces chiffres motivent à eux seuls les efforts actuels pour comprendre et reproduire les solutions des poissons sur nos systèmes robotiques. Dans ce domaine, relevant de la biomimétique, la première des difficultés rencontrées est décrite en ces termes :

« Reproduire les performances d’un poisson par simple imitation de sa forme et de sa fonction serait impossible car la mise au point d’un véhicule fléchissant de façon lisse et continue est au-delà des possibilités actuelles de la robotique » .

Aussi le caractère continu des poissons constitue-t-il la difficulté essentielle de la recherche dans ce domaine. C’est l’objet de ce projet que de renforcer le biomimétisme en réalisant un prototype de robot anguille « plus continu » que ses homologues actuels. Pour cela, l’architecture mécanique du prototype est basée sur l’empilement en série de plates-formes parallèles gainées par un organe continu flexible jouant le rôle de la peau. La modélisation elle-même s’appuie sur des modèles dynamiques dits macrocontinus (macro pour macroscopiques) basés sur la théorie des poutres Cosserat actionnées de manière continue.

Afin d’atteindre cet objectif, nous avons débuté le projet par une étude biomécanique. Sur la base de cette étude, la conception assistée d’une modélisation macroscopique de type continu (macrocontinue) a été lancée et menée en parallèle d’une modélisation polyarticulée plus fidèle à la réalité technologique du futur prototype. Enfin, dès le départ, une modélisation du contact entre le fluide et la structure a été initiée. Soulignons que nous avons d’emblée adopté une approche hiérarchisée de modélisation tant pour la mécanique du robot que pour le contact fluide-structure. Sur la base de ces modèles et simulateurs associés, la commande est en cours d’étude et sera implémentée in fine sur une architecture informatique.