Inspirée par la capacité des chats à tourner et à atterrir, une équipe de recherche de l'Institut de technologie de Harbin (Chine) a utilisé l'apprentissage par renforcement (RL) - un type d'intelligence artificielle (IA) - pour entraîner des robots à ajuster leur posture dans les airs lorsqu'ils sautent sur des surfaces rugueuses à faible gravité sur des astéroïdes.
Une équipe de recherche chinoise a entraîné un robot à quatre pattes à ajuster sa posture et à atterrir comme un chat pour se déplacer à la surface d'un astéroïde. (Photo : SCMP)
Contrairement aux systèmes traditionnels qui s'appuient sur un matériel de stabilisation spécialisé mais lourd, le robot utilise un système de contrôle « sans modèle » pour déplacer ses quatre pattes de manière coordonnée. Cela lui permet d'ajuster son inclinaison et de réorienter sa trajectoire dans les airs, rapportent les chercheurs dans le Journal of Astronautics.
La recherche aborde un défi majeur lié aux sauts de robots lors de leurs déplacements sur des astéroïdes, où l'environnement présente une faible gravité et où même un léger déséquilibre dans les forces des jambes peut amener le robot à tourner de manière incontrôlable, à atterrir sans succès ou à rebondir complètement sur la surface.
« Dans l'environnement de faible gravité des astéroïdes, les robots subissent de longues périodes de chute libre à chaque saut. Il est important d'utiliser ce temps pour ajuster la déviation causée par le saut, assurer un atterrissage en toute sécurité ou modifier l'angle de rotation afin d'ajuster la direction du mouvement », explique l'équipe dans le rapport.
« Une plateforme de simulation de microgravité a été conçue et construite, vérifiant ainsi l'efficacité de cette méthode de saut à travers des expériences sur un prototype de robot quadrupède », a ajouté l'équipe de recherche.
Les astéroïdes sont des vestiges de la formation du système solaire et détiennent la clé pour comprendre ses origines. Ils sont également riches en ressources telles que le platine et d'autres métaux rares, qui pourraient faciliter l'exploration spatiale et les applications industrielles futures.
Défis à la surface de l'astéroïde
Jusqu’à présent, les agences spatiales européennes, japonaises et américaines ont réussi à faire atterrir des engins spatiaux sur des astéroïdes pour récupérer des échantillons, mais aucune n’a déployé de rovers capables d’explorer la surface à long terme.
Les rovers à roues traditionnels, comme ceux utilisés sur la Lune et sur Mars, sont confrontés à des défis dans les environnements d'astéroïdes car la faible gravité, généralement de quelques millièmes de celle de la Terre, ne fournit pas suffisamment de traction pour que les roues fonctionnent efficacement.
Pour remédier à ces limitations, les scientifiques ont proposé d’utiliser des robots sauteurs pour les futures missions, mais cela présente un nouvel ensemble de défis.
À chaque saut, le robot reste en l'air pendant environ 10 secondes, suffisamment longtemps pour que les forces déséquilibrées des jambes fassent tourner le robot de manière incontrôlable ou même rebondissent sur la surface et dérivent dans l'espace.
L'équipe de Harbin a utilisé l'apprentissage par renforcement pour entraîner le robot dans une simulation virtuelle. En sept heures, l'IA a appris de ses erreurs expérimentales et affiné ses mouvements pour atterrir de manière stable. Le système d'IA du robot a démontré sa capacité à ajuster son orientation, notamment son tangage (inclinaison vers l'avant ou vers l'arrière), son inclinaison latérale (inclinaison latérale) et son lacet (angle de rotation), en quelques secondes seulement.
Par exemple, lorsqu'il est lancé vers l'avant avec une inclinaison allant jusqu'à 140 degrés, le robot peut stabiliser sa posture en 8 secondes. Il peut également pivoter dans les airs jusqu'à 90 degrés pour changer de direction.
Les robots sont entraînés grâce à l'apprentissage par renforcement. (Photo : SCMP)
Pour valider l’efficacité du système, les chercheurs ont construit une plateforme de simulation de microgravité qui permet au robot de « flotter » sur une surface presque sans frottement.
Bien que limitées au mouvement bidimensionnel, les expériences ont confirmé l'efficacité du système et renforcé les résultats des simulations, a déclaré l'équipe.
De plus, les scientifiques ont constaté que ce processus nécessitait très peu de puissance de calcul de la part du robot. La conception légère et économe en énergie du système le rend particulièrement adapté aux missions d'exploration spatiale lointaine.
À l'avenir, ce système pourrait avoir de nombreuses applications, de l'exploration scientifique à l'exploitation minière sur les astéroïdes. Cependant, l'équipe estime que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer la capacité de l'IA à s'adapter à divers terrains et environnements.
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