Une bande de robots autonomes nage tel un banc de poissons

Pourquoi avoir un banc de poissons quand on peut avoir un banc de robots ?

C’est une question à laquelle a récemment répondu une équipe de chercheurs de l’université de Harvard, qui a mis au point des robots inspirés des poissons, les Bluebots, qui nagent dans un essaim/ une agrégation organisée de façon indépendante et qui simulent les comportements de bancs.

Selon leur étude (lien plus bas), les Bluebots utilisent un ensemble de caméras et de lumières LED bleues pour savoir où se trouvent leurs camarades et synchroniser leurs mouvements afin d’explorer le comportement collectif en 3D.

Au-delà de l’aspect mignon des Bluebots de 13 cm (qui s’inspirent des poissons-chirurgiens), il s’agit également de la première démonstration d’organisation robotique d’un système sous-marin indépendant . Auparavant, la plupart des robots sous-marins dépendaient de la coordination de la communication au-dessus de l’eau, ce qui limitait la complexité de la coordination.

Images tirées de l’étude : le Bluebot combine la locomotion multifonctionnelle autonome en 3D avec une perception visuelle en 3D. (A) Deux caméras couvrent un champ de vision quasi-omnidirectionnel (FOV). Une nageoire caudale et deux nageoires pectorales permettent des mouvements d’avance et de rotation presque indépendants ; une nageoire dorsale affecte la plongée verticale pour le contrôle de la profondeur. (B) Sept Bluebots au corps aérodynamique inspiré des poissons-chirurgiens (C) sont utilisés dans les expériences Blueswarm. (Florian Berlinger et Col./ Science Robotics)

L’ensemble du collectif, appelé « Blueswarm« , permet d’effectuer des recherches supplémentaires sur les algorithmes d’agrégation, ce qui pourrait améliorer les “essaims” de robots.

Selon Radhika Nagpal de l’université de Harvard, dont le laboratoire a déjà développé des essaims de robots inspirés des termites :

Nos résultats avec le Blueswarm représentent une étape importante dans l’étude des comportements collectifs auto-organisés sous l’eau.

Les résultats de cette recherche nous aideront à développer de futures agrégations sous-marines miniatures capables d’effectuer une surveillance environnementale et des recherches dans des environnements visuellement riches, mais fragiles comme les récifs coralliens. Cette recherche ouvre également la voie à une meilleure compréhension des bancs de poissons, en recréant synthétiquement leur comportement.

Cela est particulièrement utile pour l’exploration des parties profondes de l’océan.

Selon l’auteur Florian Berlinger :

Les robots sont souvent déployés dans des zones inaccessibles ou dangereuses pour l’humain, des zones où son intervention n’est même pas possible. Dans ces situations, il est vraiment avantageux d’avoir un essaim de robots très autonomes qui se suffisent à eux-mêmes.

Le fait d’avoir plusieurs petits poissons permet de fouiller plus efficacement des zones étendues et inaccessibles. Les chercheurs ont testé cette notion en leur confiant la tâche de trouver quelque chose : ils ont placé un stimulus à lumière rouge dans le bassin du laboratoire pour que les Bluebots le découvrent. Lorsque la lumière était détectée par un poisson-robot, il émettait un signal aux autres Bluebots, qui entouraient le découvreur.

L’idée d’une auto-organisation provient de grands bancs de poissons qui se déplacent comme une seule unité. L’agrégation et la nage en bancs est un ancien trait chez les poissons. Ces derniers ne s’appuient pas sur une communication explicite, mais s’organisent plutôt sur la base d’une coordination implicite tirée des indices visuels de leurs voisins. La même idée a été utilisée avec les Bluebots.

Lorsque ces derniers nagent à moins de 5 m les uns des autres, ils détectent les lumières de leurs voisins avec deux caméras, leurs “yeux”, et s’organisent pour se rapprocher ou s’éloigner en fonction de la distance et de leur programmation.

Toujours selon Berlinger :

Chaque Bluebot réagit implicitement à la position de ses voisins. Si nous voulons que les robots s’agrègent, alors chaque Bluebot calculera la position de chacun de ses voisins et se déplacera vers le centre. Si nous voulons que les robots se dispersent, les Bluebots font le contraire. Si nous voulons qu’ils nagent en cercle comme un banc, ils sont programmés pour suivre les lumières directement devant eux dans le sens des aiguilles d’une montre.

Les nouvelles recherches montrent un groupe complexe de sept membres qui travaillent ensemble pour se déplacer dans pratiquement toutes les directions de leur espace en 3 dimensions.

L’étude publiée dans Science Robotics : Implicit coordination for 3D underwater collective behaviors in a fish-inspired robot swarm et présentée sur le site de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences : Robotic swarm swims like a school of fish.