La Chine forme des robots à sauter comme des chats pour explorer les astéroïdes

Inspirée par la capacité des chats à se retourner 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 chercheurs chinois a entraîné un robot quadrupède à adapter sa posture et à atterrir comme un chat pour se déplacer à la surface d'un astéroïde. (Photo : SCMP)

Contrairement aux systèmes traditionnels qui reposent sur des dispositifs de stabilisation spécialisés mais lourds, ce robot utilise un système de commande « sans modèle » pour coordonner les mouvements de ses quatre pattes. Cela lui permet d'ajuster son inclinaison et de réorienter sa direction de déplacement en plein vol, expliquent les chercheurs dans le Journal of Astronautics.

Cette recherche aborde un défi majeur lié aux sauts des robots se déplaçant sur des astéroïdes, où l'environnement est caractérisé par une faible gravité et où même un léger déséquilibre des forces exercées sur les jambes peut entraîner une rotation incontrôlable du robot, un atterrissage raté ou un rebond complet sur la surface.

« Dans l’environnement de faible gravité des astéroïdes, les robots subissent de longues périodes de chute libre lors de chaque saut. Il est important d’utiliser ce temps pour corriger la déviation causée par le saut, afin d’assurer un atterrissage en toute sécurité, ou pour modifier l’angle de rotation et ajuster la direction du mouvement », a indiqué l’équipe dans son rapport.

« Une plateforme de simulation de microgravité a été conçue et construite pour vérifier l'efficacité de cette méthode de saut grâce à des expériences sur un prototype de robot quadrupède », a ajouté l'équipe.

Les astéroïdes sont des vestiges de la formation du système solaire et recèlent 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 future et avoir des applications industrielles.

Défis à la surface de l'astéroïde

Jusqu'à présent, les agences spatiales européennes, japonaises et américaines ont réussi à poser des engins spatiaux sur des astéroïdes pour en récupérer des échantillons, mais aucune n'a déployé de rovers capables d'une exploration de surface à long terme.

Les rovers à roues traditionnels, comme ceux utilisés sur la Lune et sur Mars, rencontrent des difficultés dans les environnements astéroïdaux car la faible gravité, généralement de quelques millièmes seulement celle de la Terre, ne fournit pas une adhérence suffisante pour que les roues fonctionnent efficacement.

Pour pallier ces limitations, les scientifiques ont proposé d'utiliser des robots sauteurs pour les missions futures, mais cela soulève de nouveaux défis.

À chaque saut, le robot reste en l'air pendant une dizaine de secondes, suffisamment longtemps pour que les forces déséquilibrées au niveau des jambes provoquent une rotation incontrôlable du robot, voire un rebond sur la surface et une dérive dans l'espace.

L'équipe de Harbin a utilisé l'apprentissage par renforcement pour entraîner le robot dans une simulation virtuelle. Pendant sept heures, l'IA a tiré des leçons de ses erreurs expérimentales et a perfectionné 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 et son lacet (angle de rotation), en quelques secondes seulement.

Par exemple, lors d'un lancement vers l'avant avec une forte inclinaison allant jusqu'à 140 degrés, le robot peut stabiliser sa posture en 8 secondes. Il peut également pivoter en l'air jusqu'à 90 degrés pour changer de direction.

Les robots sont entraînés à l'aide de méthodes d'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 quasi sans frottement.

Bien que limitées à un 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 le processus requiert très peu de puissance de calcul de la part du robot. La conception légère et écoénergétique du système le rend particulièrement adapté aux missions d'exploration spatiale lointaine.

À l'avenir, ce système pourrait avoir de nombreuses applications, allant de l'exploration scientifique à l'exploitation des ressources sur les astéroïdes. Cependant, l'équipe de recherche a indiqué 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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