Plutôt qu’une hélice, Robotuna II, directement inspiré du véritable thon, remue la queue pour progresser dans l’eau. Imaginé il y a plus de dix ans, ce robot est en voie d’être réalisé grâce à une innovation récente, les polymères électroactifs. L’US Navy est intéressée.

Au début des années 1990, David Barrett, futur ingénieur en mécanique, est fasciné par les thons. Ces grands poissons nagent à près de 80 kilomètres à l’heure si l’on en croit la littérature, une vitesse difficilement accessible pour un engin sous-marin fait de main d’homme. Pour sa thèse de doctorat, Barrett met au point un système de propulsion directement inspiré de l’anatomie de ce poisson. Baptisé Robotuna (qui, en français, donnerait robothon), il agite la queue grâce à un mécanisme compliqué fait de câbles et de poulies. L’énergie est fournie par des moteurs installés à l’extérieur du prototype, le banc de test se réduisant à un système propulsif fixé sous une quille plongée dans l’eau d’un bassin.

La première version de Robotuna, avec son armature métallique. © MIT

Devenu professeur d’ingénierie mécanique au Olin College, et vice-président de iRobot, David Barrett n’a pas abandonné l’idée de sa jeunesse et a su intéresser l’US Navy à son thonidé artificiel et même en obtenir une aide financière. Au sein du MIT (Massachusetts Institue of Technology) et avec une équipe de l’entreprise Boston Engineering, un robot, appelé Robotuna II, ou 2.0, pour rappeler la filiation directe avec le projet initial, est en cours de réalisation et sera prochainement livré à la marine américaine.

Sa structure est toujours proche de celle d’un poisson, avec une armature longiligne articulée en plusieurs parties, fonctionnant comme la colonne vertébrale. Mais la technologie a évolué depuis le premier prototype et la puissance mécanique est désormais intégrée à l’intérieur de l’engin. Les muscles sont bien là, réalisés en polymères électroactifs, ou EAP (electro-active polymers), fixés dans le sens de la longueur du robot. Ces matériaux ont la propriété de s’étendre ou se rétracter sous l’action d’une différence de potentiel électrique et sont souvent appelés muscles artificiels.

Robotuna II en cours de test, recouvert de sa peau de plastique. © MIT

Leur étude est récente et le JPL (Jet Propulsion Laboratory, émanation de la Nasa), s’y intéresse particulièrement. Depuis 2005, les progrès en la matière sont mesurés grâce à un original concours de bras de fer qui met en présence des humains et des systèmes articulés mis en mouvement par des EAP. En Suisse, l’Empa, un établissement public de recherche, qui envoie d’ailleurs ses réalisations au concours du JPL, travaille la question depuis plusieurs années et a testé un concept encore plus original : le dirigeable sans hélice qui, littéralement, nage dans l’air en se tortillant grâce à ses muscles en EAP. Cette fois, aucun exemple vivant n’existe, la vie terrestre n’ayant pas inventé le plus léger que l’air…

Panna Felsen, frêle étudiante de 17 ans, remporte, en 2005, le premier concours de bras de fer entre un être humain et un robot, organisé par le JPL à San Diego. En tant que muscles artificiels, les polymères électroactifs ont encore des progrès à faire… © JPL

Adaptés pour des missions longues

Nous n’en saurons pas beaucoup plus sur Robotuna. Pour ce projet financé par les militaires, les détails techniques sont donnés au compte-gouttes. On ne sait rien de la composition exacte des EAP utilisés ni sur la puissance consommée ou la vitesse obtenue.

Les performances des espèces du genre Thunnus seront toutefois difficiles à égaler. Ces poissons montrent aussi un hydrodynamisme remarquable. Leurs yeux dépassent à peine ; alignés sur le dos, des spicules (sortes d’épines) viennent réduire les turbulences générées par la nageoire dorsale ; les nageoires pelviennes et ventrales, inutilisées à grande vitesse, viennent se loger dans des anfractuosités, un peu comme rentre le train d’atterrissage d’un avion.

Mais, explique le communiqué de Boston Engineering, les militaires de la marine espèrent confier à un robot de ce genre des missions plus longues que celles des engins actuels. Ils pourraient par exemple porter des caméras ou des détecteurs de radioactivité. Ces thons mécaniques pourraient donc se multiplier (alors que leurs modèles vivants, eux, se portent nettement moins bien).

Avec des articulations hydrauliques plutôt qu’électriques, cette prothèse, mise au point en Allemagne, apporte un confort inégalé et permet à son premier détenteur de taper au clavier.

On l’appelle Fluidhand. Cette prothèse de main est utilisée depuis l’automne dernier par Sören Wolf, un jeune homme de 18 ans né avec une seule main. L’Hôpital universitaire d’orthopédie (Heidelberg) vient d’annoncer qu’il l’utiliserait désormais, pour l’instant en compétition avec une autre prothèse, I-Limb, fabriquée par l’entreprise écossaise Touch Bionics, et utilisant des petits moteurs électriques.

Conçue par l’équipe de Stefan Schulz, du Centre de recherche Karlsruhe (Forschungszentrum Karlsruhe), la Fluidhand doit son nom aux articulations à commandes hydrauliques. Une pompe envoie de la pression dans de minuscules coussinets qui ouvrent ou ferment l’articulation. Pourquoi ce choix ? Parce que, explique Stefan Schulz, ce système produit un mouvement plus doux qu’un moteur électrique. Le fonctionnement nécessite un petit réservoir pour le liquide hydraulique et un processeur pour gérer le tout. La commande, classiquement, passe par des capteurs musculaires fixés sur le bras, et non en utilisant l’innervation résiduelle du patient, une technique appelée TMR (Targeted Muscle Reinnervation).

Sören Wolf sort un mouchoir en papier de son emballage, un geste délicat… © Forschungszentrum Karlsruhe

Un handicap effacé ?

Dans la prothèse Fluidhand, le mouvement des doigts est contrôlable individuellement, alors que ce genre d’appareillages ne permet en général que le contrôle du pouce et de l’index, les autres doigts accompagnant le mouvement. Interrogé par un journal allemand, Sören Wolf affirme qu’il peut désormais taper sur un clavier et même qu’il ne se sent plus vraiment handicapé.

Ce jeune homme a bien sûr bénéficié de ce qui se fait de mieux en matière de revêtement cosmétique. Utilisant des matières plastiques et reconstituant la pilosité, ces revêtements peuvent être personnalisés et atteignent un réalisme surprenant. Mais pour l’instant, ils restent extrêmement coûteux et la plupart des personnes appareillées n’ont encore que des modèles standardisés…

Schéma de la prothèse Fluidhand. Les articulations sont constituées de minuscules coussinets élastiques gonflables (Kammer) à l’aide d’un liquide hydraulique amené par un conduit souple (Kanal) depuis un petit réservoir (Tank). L’ensemble est contrôlé par un processeur (Mikroprozessor) protégé dans un étui (Obreres Gehäuse) et recouvert par la peau artificielle (Kosmetisher Handschuh). La pompe, non visible sur ce schéma, se trouve à côté du réservoir, derrière la soupape (Ventile). La partie mécanique repose sur une structure de soutien (Stützstruktur). Le support (Shaft) porte la batterie (Akkumulator). © Forschungszentrum Karlsruhe

Les fantastiques progrès réalisés depuis une vingtaine d’années en matière de prothèse ne semblent donc pas se ralentir. Pour l’anecdote, citons le cas de Oscar Pistorius, un coureur Sud-Africain, amputé des deux jambes, qui vient de gagner le droit de s’aligner avec les athlètes valides à la course de 400 mètres aux prochains Jeux Olympiques de Pékin. Oscar Pistorius a dû faire appel devant le tribunal arbitral du sport pour obtenir gain de cause car l’autorisation lui avait d’abord été refusée, sous le prétexte que ses deux prothèses, Cheetah Flex-Foot, fixées sous le genou, ne lui donnent un avantage par rapport aux autres concurrents…