Des robots de particules fonctionnent ensemble pour se diriger vers la lumière

La plupart des robots sont généralement conçus pour un travail particulier. Ils ne sont donc pas très adaptables aux nouvelles situations. Mais cela pourrait changer avec un ensemble de robots mis au point par des chercheurs du MIT ; ainsi que des universités de Harvard, de Columbia et de Cornell. Ces « robots de particules », comme les appelle l’équipe, sont de simples dispositifs circulaires pouvant se connecter magnétiquement pour se déplacer et fonctionner en essaim.

Individuellement, les robots de particules sont assez basiques. Chacun est composé d’un anneau de panneaux pouvant s’étendre et se contracter comme un anneau d’ouverture sur un appareil photo ; d’un diamètre allant de 15 à 23 cm. Le tout est actionné par un petit moteur, une batterie et un microcontrôleur dans la base. Ils ont également chacun un capteur de lumière et un communicateur intégré.

Des robots de particules qui s’assemblent

Chaque unité à elle seule ne peut pas faire grand chose d’autre que se développer et se contracter. Mais collées ensemble, elles peuvent communiquer pour se déplacer. Ils ont tous des aimants le long de leurs bords ; ce qui leur permet de s’accrocher. Et, par le biais d’une expansion et d’une contraction coordonnée, tout l’essaim peut se diriger vers une source de lumière ; et même être amené à porter ou à pousser des objets.

Le système peut être constitué de pratiquement n’importe quel nombre de robots à particules et configuré de la manière souhaitée. Ils pourraient être disposés en ligne droite pour se faufiler entre des espaces étroits ; ou se disperser et se déplacer plus rapidement. Et comme ils ne s’appuient pas directement les uns sur les autres, une seule unité défectueuse ne compromettra pas le reste du système.

« Le robot en lui-même est statique, mais lorsqu’il se connecte à d’autres robots de particules, le collectif de robots peut soudainement explorer le monde et contrôler des actions plus complexes. Avec ces « cellules universelles », les robots de particules peuvent prendre différentes formes, transformations, mouvements, comportements. Et, comme nous l’avons montré dans nos expériences, suivent la lumière. C’est très puissant. « 

Des algorithmes dirigent les mouvements

Les algorithmes qui dirigent ces mouvements de groupe sont particulièrement fascinants. Chaque particule détectera l’intensité de la lumière et la transmettra à ses amis ; tout en écoutant les mêmes signaux émis par les robots qui l’entourent. Les particules sont programmées pour se déplacer dans un certain ordre. Les plus éloignées de la source de lumière se dilatent et se contractent en premier ; suivies des plus éloignées, jusqu’au plus proche.

« Cela crée une onde d’expansion-contraction mécanique, un mouvement de poussée et de traînée coordonné, qui déplace un gros groupe vers ou loin des stimuli environnementaux », a déclaré Shuguang Li, premier auteur de l’étude.

Lors d’expériences, l’équipe a montré comment 24 robots de particules pouvaient travailler ensemble pour se déplacer ; rampant vers les ampoules électriques et changeant de direction en fonction de l’allumage et de l’extinction de différentes ampoules. Dans le même temps, ils ont pu naviguer autour et à travers les obstacles.

Pour montrer à quel point le système est évolutif à l’infini, les chercheurs ont ensuite fait le test avec jusqu’à 10 000 particules individuelles. Là encore, la méthode originale visait à amener l’essaim à une destination donnée ; même lorsque pas moins de 20% des unités avaient échoué.

Ce ne sont pas les premiers robots de particules

C’est loin d’être la première fois que nous voyons des robots de type essaimage. Certains des chercheurs participant à cette étude ont commencé avec des cubes robotiques en 2013 ; tandis que d’autres équipes ont développé des robots qui modélisent des essaims d’insectes. Une équipe de Harvard a réussi à rassembler jusqu’à 1 000 « particules » minuscules qui s’organisent selon des formes prédéfinies. Nous avons aussi vu de gros robots capables de s’assembler dans 57 configurations différentes en fonction de la tâche à accomplir.

À l’avenir, l’équipe prévoit d’essayer de rendre les robots de particules plus fidèles à leur nom. L’objectif à long terme est de réduire les composants afin que des essaims puissent être constitués de millions de robots de particules microscopiques.

La recherche a été publiée dans la revue Nature et les robots de particules peuvent être vus en action dans la vidéo ci-dessous.