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Défi des autres savoirs (DS10) 2016
Projet AVINECK

Le cou des oiseaux, un bras pour les robots

La morphologie fonctionnelle étudie les relations entre la forme, la fonction, la physiologie du system ostéo-musculaires des animaux. Les propriétés mécaniques des systèmes naturels « optimisés » par les pressions de sélection naturelles, peuvent inspirer des solutions technologiques, en particuliers des applications en robotique. Ces associations participent à la biomimétique ou à la conception bioinspirée, une discipline dynamique à l’interface entre la biologie et l’ingénierie. Le projet AVINECK s’inscrit dans cette démarche. Son objectif est de quantifier et d’interpréter les relations entre l’anatomie du cou des oiseaux, ces propriétés mécaniques et son fonctionnement et de les modéliser en utilisant les outils de la robotique afin à la fois de concevoir des bras robotiques mais aussi de décripter les mécanismes de l’évolution. Les oiseaux, comme les humains, sont des espèces strictement bipèdes. Leurs ailes ne sont utilisées que pour le vol. Les tâches dévolues aux mains chez d’autres espèces, dont l’humaine, sont assurées par le bec. Le cou est alors l’équivalent fonctionnel du bras. Certaines espèces sont même spécialisées de telle sorte que leur système tête cou est l’équivalent d’un bras appareillé, comme c’est par exemple le cas chez les pics. Quand ils tapent un tronc pour creuser un nid, le système cranio-cervical est l’équivalent d’un marteau-piqueur tenu par les bras : le cou propulse la tête et amorti les chocs entre la tête et le tronc. Dans ce projet, les propriétés mécaniques des adaptations morpho-fonctionnelles du système cervical des oiseaux seront utilisées pour tester des hypothèses macro-évolutives et proposer des solutions originales pour des défis technologiques en robotique. Des biologistes du Muséum National d’Histoire Naturelle, spécialistes de morphologie fonctionnelle, biomécanique, morphométrie, ornithologie et du comportement sont associés à des roboticiens de l’Institute de Recherches en Communications et Cybernetique de Nantes (IRCCyN) spécialisés en mécatronique, robotique humanoide, et robotique bio-inspirée pour atteindre ces buts.
Une analyse morphologique 3D de la colonne cervicale d’un grand échantillon d’oiseaux qui permettra de déterminer les limites et les caractéristiques de l’espace morphologique de ce système, sera complété par des analyses de l’anatomie musculaire. Une étude fonctionnelle portera ensuite sur un sous-échantillon d’espèces très spécialisées. Nous pensons que les spécialisations, qui complètent le répertoire généralisé, correspondent à des propriétés mécaniques qui permettent une efficacité fonctionnelle, c'est-à-dire de dépenser le moins d’énergie possible pour le comportement habituel. Les spécialisations des oiseaux choisis correspondent à des défis technologiques pour les manipulateurs robotiques : comme la dextérité, et un grand espace de travail. Contrairement à d’autres systèmes bio inspirés, comme les hydrostats construits sur le modèle des trompse d’éléphant ou des tentacules de céphalopodes, le cou des oiseaux utilise une architecture rigide, et contrairement aux serpents qui rampent sur le sol, il se déplace dans les 3 dimensions de l’espace. Nous utiliserons le paradigme de tenségrité, qui établie un lien entre la biologie et la robotique. La tenségrité est efficace pour modéliser le système ostéo-musculaire humain mais n’a pas encore été utilisé pour des modèles animaux.
Cette approche va nous permettre 1/ en biologie, de déterminer le rôle du système cranio-cervical dans l’évolution des oiseaux et aussi de participer au débat sur la modularité fonctionnelle dans l’évolution. 2/ en robotique, à décrire les principes sous jacents qui peuvent être utilisés pour concevoir des manipulateurs robotiques innovants, avec des performances améliorées, et de tester ces principes sur des prototypes.
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Partenaires

IRCCyN Institut de recherche en Communications et Cybernétique de Nantes - UMR6597

MNHN - UMR 7179 Muséum National d'Histoire Naturelle

Aide de l'ANR 352 730 euros
Début et durée du projet scientifique avril 2017 - 36 mois

 

Programme ANR : Défi des autres savoirs (DS10) 2016

Référence projet : ANR-16-CE33-0025

Coordinateur du projet :
Madame Anick Abourachid (Muséum National d'Histoire Naturelle)

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.