La science infuse

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Technologie et innovation

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18 mai 2013

Un robot bionique qui marche (et vibre) au poil

Les soies de Setaria viridis ont inspiré un nouveau modèle de robot capable de se mouvoir grâce à sa surface "poilue".

C'est en s'inspirant d'un jeu traditionnel de certaines régions chinoises que Yong Qin et ses collègues de l'université de Lanzhou (Chine) ont mis au point un petit robot d'un genre nouveau : dépourvue de roues mais hérissée de "poils", la petite machine est capable de se mouvoir le long de tuyaux sous l'effet de sa seule vibration.

L'idée originale des ingénieurs chinois vient de la sétaire verte (Setaria viridis), une graminée fréquente sur les bords de chemins en France comme dans toutes les régions tempérées, et objet d'un jeu apprécié par les petits Chinois des champs. Le principe est simple : tendus entre deux bâtons, deux fils de coton servent de support à deux épis de sétaire (on parle plus exactement de panicules dans le cas des graminées) disposés aux deux extrémités de la piste de jeu. Chaque concurrent fait alors avancer sa panicule le long du fil en faisant vibrer celui-ci, le but étant qu'elle reste en place au moment où les deux bolides végétaux vont se percuter à mi-parcours (le jeu vous paraîtra plus clair avec cette démonstration en images). Comment la panicule avance ? Grâce à ses fines soies, longues de 6 à 10 mm, qui sont en contact avec la surface rugueuse du fil de coton : élastiques, les soies se déforment sous l'effet de la vibration et, en se relâchant, sautent un peu plus loin le long du fil. Ce déplacement a été mis en équation, en tenant compte des propriétés élastiques de la soie et de l'angle qu'elle forme avec le fil.

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5 février 2013

Quand les antennes-relais remplacent les pluviomètres

Les antennes du réseau de téléphonie mobile peuvent renseigner sur les précipitations traversées par les micro-ondes qu'elles relaient.

Le déclin nous guette dans tous les domaines. Dans un récent article, trois ingénieurs météorologues hollandais nous alertent en effet sur la disparition... des pluviomètres. Ainsi, la France ne comptait plus en 2012 que 3 516 postes pluviométriques (vous pouvez consulter leur répartition sur cette carte), soit 700 de moins qu'en 2001. À l'échelle globale, le Global Precipitation Climatology Centre (GPCC), piloté par le service météorologique allemand, a perdu la moitié de ces pluviomètres entre 1989 et 2006. Or ces données pluviométriques sont essentielles pour l'agriculture et la prédiction du climat. Comment pallier ce manque d'infrastructures pour mesurer les précipitations ? Si les radars prennent le relais, comme le réseau français ARAMIS qui couvre grâce à 24 radars météo 95 % du territoire métropolitain, ils représentent toutefois des investissements lourds. Les ingénieurs hollandais menés par Aart Overeem ont donc cherché à mesurer en temps réel les précipitations dans "l'autre pays du fromage" en exploitant d'autres infrastructures existantes : le réseau d'antennes-relais de la téléphonie mobile.

Comment les antennes peuvent-elles nous renseigner sur la pluie qui s'abat sur elles ? La présence de gouttes sur le trajet des ondes transmises entre deux antennes modifie le signal reçu en l'atténuant via deux phénomènes distincts : d'une part, l'absorption par l'eau d'une partie de l'énergie transmise par les ondes, de l'autre, la réflexion de l'onde sur les gouttes, qui va entraîner sa diffusion multiple et la détourner de son chemin initial. Ainsi, la présence de gouttes entre deux antennes va diminuer le signal reçu selon des équations bien calibrées par l'Union internationale des télécommunications en fonction de la fréquence utilisée. La déviation par rapport à un jour sec servant de référence permet ainsi de relier la perte de signal au niveau de précipitations.

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5 juin 2012

Un robot imite les acrobaties du gecko

Grâce à ses propriétés d'adhésion exceptionnelles, le gecko réalise des acrobaties qui inspire les physiciens.

"Ceux qui, sachant combien de divers automates, ou machines mouvantes, l'industrie des hommes peut faire, sans y employer que fort peu de pièces, à comparaison de la grande multitude des os, des muscles, des nerfs, des artères, des veines, et de toutes les autres parties qui sont dans le corps de chaque animal, considéreront ce corps comme une machine qui, ayant été faite des mains de Dieu, est incomparablement mieux ordonnée et a en soi des mouvements plus admirables qu'aucune de celles qui peuvent être inventées par les hommes."

Ainsi René Descartes formulait dans le Discours de la méthode ce qui sera ensuite connu sous le nom de théorie de l'animal-machine. Depuis le XVIIe siècle, les physiciens continuent d'être intrigués par la belle mécanique animale et tentent de savoir comment les gibbons se déplacent de branche en branche, quelle technique utilise le moustique pour voler par temps de pluie sans se faire emporter par les gouttes, ou encore si l'éléphant court ou marche très vite... À leur tour, des chercheurs de l'université de Californie à Berkeley (États-Unis) ont étudié une acrobatie étonnante effectuée par deux petits animaux : la blatte Periplaneta americana et le gecko Hemidactylus platyurus. Ces derniers, pour fuir leurs ennemis, poursuivent leur chemin au dos de la feuille sur laquelle ils courent, grâce à un rapide mouvement de balancier opéré en s'arrimant à l'extrémité de la feuille. Une habile manœuvre reproduite par un frêle robot à six pattes...

La blatte, qui court à une vitesse de l'ordre du mètre par seconde, parvient à s'agripper en fin de course au rebord du plan incliné disposé dans le laboratoire californien, et cela, sans freiner à l'approche du précipice : elle parvient à opérer une bascule à 360° en moins de 130 millisecondes, se retrouvant alors de l'autre côté du plan incliné où elle continue sa course. Pendant la rotation, le petit insecte (il pèse moins de un gramme) encaisse une accélération de près de 4 G, soit à peu près ce que subit un pilote de F1 dans un virage serré. Le gecko répète la même acrobatie en laboratoire mais aussi dans son milieu naturel, comme l'ont observé les chercheurs en expédition dans une réserve singapourienne. Le reptile, plus massif avec ses 5 grammes, met un peu plus longtemps à tourner (environ 160 ms), et subit une accélération plus proche de 3 G, ce qui reste néanmoins élevé. Comment s'opère ce revirement rapide ?

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20 octobre 2011

Un robot-cafard ailé

Le robot-cafard DASH+Wings : six pattes pour avancer, deux ailes pour passer le turbo.

Rencontre entre le monde biologique et l'univers des ingénieurs, le biomimétisme s'inspire des formes vivantes autour de nous pour résoudre des impasses technologiques. Ainsi, la robotique étudie la façon dont les animaux se déplacent pour développer de nouvelles machines : Big Dog, le robot quadrupède, une chenille qui fait la roue, des insectes-cyborg téléguidés... Le laboratoire de millisystèmes biomimétiques à l'université de Californie de Berkeley (États-Unis) a conçu en 2009 un petit robot à six pattes baptisé DASH (pour Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod) inspiré... du cafard - vous pouvez admirer ses prouesses en vidéo. Aujourd'hui doté d'ailes, ce robot trace un lien avec l'apparition des premiers oiseaux il y a 150 millions d'années.

Comment l'adjonction des ailes influe la locomotion du cafard mécanique ? Alors qu'il se déplace habituellement à une vitesse de 0,7 m/s, le robot avance plus vite lorsque ses ailes battent, doublant presque sa vitesse à 1,3 m/s ! Pour en savoir plus, les chercheurs ont équipé le robot d'un "sac à dos" chargé d'appareils électroniques, dont un accéléromètre qui mesure les forces qui s'exercent sur le robot pendant son déplacement. À partir de ces informations, ils déterminent que le centre de gravité du cafard oscille de haut en bas durant sa marche (comme chez l'homme). Lorsque les ailes battent, l'amplitude de ces oscillations diminue : moins d'énergie est consommée dans ce mouvement "inutile", permettant de la concentrer sur le mouvement vers l'avant, le seul pertinent pour la marche. En stabilisant le centre de gravité du robot, le battement des ailes lui permet d'avancer plus vite tout en consommant globalement autant d'énergie. Pour les mêmes raisons, le robot ailé parvient à grimper des pentes plus marquées en battant de ses propres ailes (17°, contre 6° sans ailes).

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