Une stratégie efficace pour faire fonctionner à distance les robots serpents

Les animaux ont toujours été une grande source d’inspiration pour les systèmes robotiques, car ils offrent des exemples naturels fascinants de la façon dont différentes structures corporelles peuvent produire des mouvements et des styles de locomotion spécifiques. Alors que la plupart des robots inspirés par les animaux sont inspirés d’espèces animales à pattes, certains roboticiens ont exploré le potentiel des robots avec des corps qui ressemblent à ceux d’autres animaux, y compris les serpents.

Les robots inspirés des serpents ont des caractéristiques uniques qui pourraient les rendre plus adaptés que d’autres robots pour certaines applications technologiques. Par exemple, leurs mouvements flexibles et semblables à ceux d’un serpent pourraient les rendre avantageux pour effectuer des chirurgies mini-invasives et des interventions endoscopiques, pénétrer dans le corps d’un patient par le nez, puis atteindre des zones cibles.

Malgré leurs avantages, les méthodes existantes pour faire fonctionner ces robots à distance ne sont pas particulièrement efficaces. C’est principalement parce que si les robots ressemblant à des serpents sont hyper-redondants (c’est-à-dire qu’ils ont un nombre important ou infini de degrés de liberté), les appareils électroniques utilisés pour contrôler leurs mouvements ne permettent souvent aux utilisateurs de spécifier que six degrés de liberté.

Pour surmonter cette limitation, une équipe de chercheurs de l’Université Leibniz de Hanovre a récemment développé une nouvelle stratégie pour manipuler intuitivement et à distance les mouvements de robots serpents hyper-redondants. Cette stratégie, présentée dans un article prépublié sur arXivpermet aux utilisateurs de modifier les mouvements et l’orientation d’un robot ressemblant à un serpent, tout en modifiant le moins possible sa forme.

“Cet article présente SnakeTTP, un algorithme unifié de télémanipulation intuitive réalisant la locomotion et la réorientation du pivot pour les tâches endoscopiques”, ont écrit Tim-Lukas Habich et ses collègues dans leur article. “La nouvelle méthode basée sur la cinématique inverse à priorité aux tâches permet différentes spécifications de position et d’orientation avec la plus haute priorité et un ajustement de forme dans l’espace nul. L’ajustement de forme est effectué en maximisant la similitude de deux courbes à l’aide de la distance de Frechet tout en spécifiant simultanément la position et l’orientation de l’effecteur final.”

Habich et ses collègues ont évalué leur algorithme SnakeTTP en demandant à 14 participants à l’étude de contrôler les mouvements d’un robot serpent simulé et de l’amener à une zone cible dans un environnement simulé. Leurs résultats étaient très prometteurs, car les utilisateurs contrôlant le robot serpent simulé pouvaient mener à bien la tâche de locomotion et pouvaient également réorienter les mouvements du robot dans une zone cible tout en modifiant le moins possible sa forme.

“La nouvelle approche d’ajustement de forme basée sur la distance de Frechet réduit l’erreur de forme jusqu’à 20,1 % contrairement à la stratégie classique utilisant la distance euclidienne entre les positions de liaison actuelles et souhaitées”, ont écrit Habich et ses collègues dans leur article.

Si le nouvel algorithme de contrôle introduit par cette équipe de chercheurs a obtenu des résultats prometteurs, il n’a jusqu’à présent été testé que sur des robots simulés. De futurs tests dans des environnements réels et utilisant de vrais robots serpents pourraient encore valider son efficacité.

En fin de compte, l’algorithme pourrait permettre aux chercheurs de contrôler des robots serpents et d’autres robots hyper-redondants (par exemple, des robots inspirés de tentacules de pieuvre) avec une plus grande précision, tout en reproduisant mieux les mouvements de serpent ou de tentacule. Cela pourrait à son tour faciliter le déploiement de ces robots en milieu médical, notamment pour effectuer des interventions chirurgicales peu invasives à l’intérieur du corps humain.

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