Révolutionner l’exploration sous-marine : le Pleobot de l’Université Brown dévoile les secrets de l’océan

Imaginez un réseau sophistiqué de robots interconnectés et autodirigés. Ils opèrent en harmonie, comme un ballet aquatique complexe, en naviguant dans les profondeurs sombres de l’océan, en effectuant des études scientifiques détaillées et des missions de recherche et de sauvetage à haut risque. Cette vision futuriste se rapproche de la réalité, grâce aux chercheurs de l’Université Brown, qui sont à la pointe du développement d’un nouveau type de robot de navigation sous-marine. L’une de ces plateformes robotiques, appelée Pleobot, est la star de leur étude récemment publiée dans Scientific Reports.

Les krill, ces petits crustacés qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes marins, sont des nageurs exceptionnels avec des capacités remarquables en termes de maniabilité, d’accélération et de virage. Leurs capacités athlétiques remarquables ont inspiré les chercheurs de l’Université Brown pour développer Pleobot, une plateforme robotique composée de trois sections articulées qui imitent le style de natation métachronal caractéristique des krill.

“Pleobot nous permet une résolution et un contrôle sans précédent pour étudier tous les aspects de la natation des krill qui les aident à exceller dans la navigation sous-marine”, déclare Sara Oliveira Santos, candidate au doctorat à l’École d’ingénierie de Brown et auteur principal de l’étude.

L’équipe de recherche vise à utiliser Pleobot comme un outil complet pour comprendre la natation des krill et exploiter le potentiel de 100 millions d’années d’évolution pour concevoir de meilleurs robots pour la navigation océanique.

Mécanique de Pleobot : imiter les merveilles de la natation des krill

Le projet Pleobot est une collaboration internationale entre l’Université Brown et l’Universidad Nacional Autónoma de México. Ensemble, ils déchiffrent les mystères de la façon dont les krill, connus sous le nom de nageurs métachronaux, naviguent dans des environnements marins complexes et effectuent des migrations verticales colossales de plus de 1 000 mètres deux fois par jour, soit l’équivalent de trois tours Empire State Building.

“Nous avons des instantanés des mécanismes qu’ils utilisent pour nager efficacement, mais nous n’avons pas de données complètes”, explique Nils Tack, associé postdoctoral dans le laboratoire Wilhelmus à l’Université Brown.

L’équipe a construit et programmé Pleobot pour imiter avec précision les mouvements des pattes des krill et modifier la forme des appendices, fournissant une compréhension plus approfondie des interactions fluide-structure au niveau de l’appendice.

Pionnier de l’avenir des véhicules sous-marins autonomes

Selon les chercheurs, la technique de natation métachronale permet aux krill de manœuvrer de manière remarquable, en affichant un déploiement séquentiel de leurs pattes de natation dans un mouvement ondulatoire. Cette caractéristique est quelque chose qu’ils pensent pouvoir être incorporée dans les systèmes de déploiement futurs. Monica Martinez Wilhelmus, professeure agrégée d’ingénierie à l’Université Brown, affirme : “Comprendre les interactions fluide-structure au niveau de l’appendice nous permettra de prendre des décisions éclairées sur les conceptions futures.

Ces futurs essaims de robots pourraient cartographier les océans de la Terre, participer à des missions de recherche et de sauvetage étendues ou même explorer les océans des lunes de notre système solaire, comme Europa. Wilhelmus ajoute : “Les agrégations de krill sont un excellent exemple d’essaims dans la nature… Cette étude est le point de départ de notre objectif de recherche à long terme, qui est de développer la prochaine génération de véhicules sous-marins autonomes de détection.”

La signification de la conception de Pleobot

La construction de Pleobot implique une équipe multidisciplinaire spécialisée en mécanique des fluides, biologie et mécatronique. Ses composants sont principalement constitués de pièces imprimables en 3D, et la conception est open source. Les chercheurs ont reproduit le mouvement d’ouverture et de fermeture des nageoires biramées des krill, ce qui est considéré comme une première pour une telle plateforme. Le modèle est construit à une échelle dix fois supérieure à celle des krill, qui mesurent généralement la taille d’une épingle à cheveux, ce qui permet une observation et une analyse plus précises.

“Dans l’étude publiée, nous révélons la réponse à l’une des nombreuses mécanismes inconnus de la natation des krill : comment ils génèrent de la portance pour ne pas couler en nageant vers l’avant”, déclare Oliveira Santos. “Nous avons pu découvrir ce mécanisme en utilisant le robot”, ajoute Yunxing Su, associé postdoctoral dans le laboratoire. Ils ont découvert qu’une région de basse pression à l’arrière des pattes de natation contribue à l’amélioration de la force de portance pendant la phase de puissance des pattes en mouvement, une découverte cruciale pour comprendre et reproduire la natation efficace des krill.

Le travail pionnier de l’équipe de l’Université Brown avec Pleobot marque un bond en avant significatif dans la quête de développement de la prochaine génération de véhicules sous-marins autonomes de détection. Les possibilités semblent aussi vastes que les océans que ces robots sont destinés à explorer.