Les robots imitent les termites

Dans les plaines de la Namibie, des millions de minuscules termites construisent un monticule de terre, un "poumon" de 8 mètres de haut pour leur nid souterrain. Au cours d'une année de construction, de nombreuses termites vivent, meurent, le vent et la pluie agressent la structure de leur construction, mais le projet de survie de la colonie va se poursuivre.
Inspiré par la résilience des termites et de leur intelligence collective, une équipe de scientifiques et d'ingénieurs informaticiens de la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (Harvard SEAS ) et de l'Institut Wyss pour le génie biologique ont créé une équipe de construction robotique autonome. La caractéristique essentielle c'est qu'un tel système n'a pas besoin de hiérarchie ni de structure de communication pour fonctionner. Il utilise des robots simples, qui coopèrent en modifiant leur environnement.

Le projet "TERMES" de Haward démontre que les systèmes collectifs de robots peuvent construire des structures complexes en 3D sans nécessiter une hiérarchie de commandement centralisée, ni de planification des tâches. Les résultats du projet qui a duré quatre ans ont été présentés à la rencontre annuelle de l' AAAS 2014 et publiés dans le numéro du 14 février de la revue Science.

Les "robots-termites" peuvent construire des tours, des châteaux et des pyramides en briques de mousse, en érigeant des escaliers qui leur permettent d'atteindre les niveaux supérieurs et en ajoutant des briques partout où elles sont nécessaires. Dans l'avenir, les chercheurs assurent que des robots similaires pourraient poser des sacs de sable en prévision d'une inondation ou même effectuer des tâches simples de construction sur Mars.

"A l'exemple des termites, l'idée est que le groupe peut faire des tâches complexes, sans un superviseur et sans une coordination supérieure, mais juste en modifiant leur environnement,", explique Radhika Nagpal proffesseur à Havard.

La plupart des projets de construction humains sont effectués par des ouvriers qualifiés qui travaillent dans une organisation hiérarchisée. "Normalement, au début, vous avez un plan détaillé et la façon de l'exécuter, le contremaître dirige et surveille le travail de ses équipes" explique Justin Werfel de l'Institut Wyss.

Dans les colonies d'insectes, ce n'est pas la reine qui donne les instructions individuelles. Chaque termite ne sait pas ce que les autres termites font et où en est l'état de finition de la termitière. Cependant, les termites se fondent sur ??un concept connu sous le nom stigmergie, une sorte de communication implicite, un moyen de communication entre des entités auto-organisées. Dans un tel concept, les individus communiquent entre eux en modifiant leur environnement. Ils observent les changements de chacun sur l'environnement et agissent en conséquence.

L'équipe de Nagpal et Kirstin Petersen de l'Institut Wysss'est se sont inspirés de la stigmergie pour la conception des "robots termites". Ces robots avec seulement quatre capteurs et trois actionneurs peuvent effectuer toutes les tâches de construction nécessaires: la réalisation des blocs, montage de la structure, fixation des blocs, et ainsi de suite...

Les vidéos ci- dessous montrent que les robots coopèrent pour construire plusieurs types de structures, et même pour récupérer des changements inattendus des structures en cours de construction.

La première vidéo ci-dessous donne un bref aperçu du projet pour le grand public.


La deuxième vidéo montre les différents aspects d'un "robot termite" (nommé Kali), y compris la locomotion et l'escalade, la navigation autonome, les blocs de levage, et enfin la construction autonome d'un escalier de 10 blocs.


"Lorsque de nombreux agents se réunissent, qu'ils soient termites, abeilles, ou robots, souvent un comportement intéressant de niveau supérieur apparaît, comportement difficile à imaginer en observant le composant individuellement", a déclaré Werfel. "D'une manière générale, nous cherchons à comprendre ce qui se passe au niveau bas des agents individuels, et de voir ce qui les relie à ces comportements collectifs."

"Les robots et les briques ont été conçus dans le but de rendre le système aussi minimaliste et fiable que possible", a déclaré Petersen. "Non seulement cela aide à rendre le système plus solide, il simplifie aussi beaucoup la quantité de calcul nécessaire au processeur embarqué. L'idée n'est pas seulement de réduire le nombre d'erreurs, mais plus encore de les détecter et les corriger avant qu'elles n'entrainent d'autres complications qui pourraient être fatales à l'ensemble du système ".

Le système actuel se compose de robots mobiles simples mais autonomes, et de blocs passifs spécialisés. Le robot est capable de manipuler des blocs pour construire des structures de grande taille, ainsi que de se déplacer sur et autour des structures qu'il construit. Le contrôle multi-robots permet à de nombreux robots qui s'activent simultanément de coopérer de manière décentralisée pour construire une structure définie par l'utilisateur, en travaillant à partir d'instructions simples préalablement programmées sur chaque robot.