Des essais et des erreurs est né Flipper, le serpent robot

PROJET ETUDIANT - Les robots intelligents, destinés à la recherche et au sauvetage, ainsi qu’à l’exploration et à la surveillance, représentent un défi pour l’innovation. Uniques et polyvalents, les serpents robots pourraient-ils faire progresser les capacités des machines dans ces domaines?

Les serpents robots sont une innovation révolutionnaire dans le domaine de la robotique. Ces machines souples et rampantes excellent dans le déplacement dans des espaces complexes et confinés, offrant un immense potentiel dans divers domaines.

Dans les opérations de recherche et sauvetage, par exemple, les serpents robots peuvent facilement se faufiler dans des environnements étroits et encombrés, tels que des bâtiments effondrés ou des débris. Grâce à la souplesse de leur corps, ils peuvent aisément se déplacer dans des espaces restreints, franchir des obstacles et explorer des zones inaccessibles. Équipés de caméras et de capteurs, ces robots transmettent des données en temps réel, ce qui permet à l’équipe de sauvetage de localiser des personnes survivantes et d’évaluer les conditions environnantes.

Dans le cadre du cours intitulé Making Intelligent Things , une équipe d’étudiantes et d’étudiants Bachelor de la Faculté informatique et communication (IC) de l’EPFL a réalisé un projet pratique dans des conditions réelles : la conception et la réalisation de Flipper, le serpent robot.

Flipper mesure 1,2 mètre de long et est fabriqué à partir de 13 pièces imprimées en 3D au design complexe. Il se déplace et explore son environnement à l’aide de trois modes de déplacement distincts: Ver de terre, Concertina et Ondulation. Le mode Ver de terre permet un mouvement précis centimètre par centimètre, le mode Concertina permet d’imiter le mouvement gracieux de l’accordéon et, en mode Ondulation, Flipper rampe sans effort selon un mouvement sinusoïdal.

«Notre projet devait comporter autant d’aspects logiciel que matériel et être à la fois complexe et réalisable dans le délai imparti de huit semaines», explique Leila Sidjanski, étudiante en deuxième année de Bachelor en systèmes de communication et membre de l’équipe. «Au début, nous nous sommes sentis dépassés, mais nous avons trouvé un projet de serpent en ligne qui nous a inspirés, et nous avons bénéficié des précieux conseils d’un doctorant en robotique à l’EPFL.»

L’équipe connaissait déjà bien les algorithmes, les langages de programmation et la conception de systèmes, mais n’avait pas d’expérience directe dans la fabrication de systèmes robotiques. Elle en a profité pour élargir son expertise.

«Nous avons commencé par travailler sur la conception des pièces à imprimer, bien que nous n’ayons aucune expérience en matière de conception 3D. Nous devions également déterminer comment le serpent se déplacerait avec souplesse, ce qui s’est révélé très difficile dans le code. Il a fallu sans cesse ajuster les paramètres, ce qui a conduit à beaucoup d’essais et d’erreurs. Enfin, un autre défi très pratique a consisté à répartir les tâches entre nous et à les planifier, car on ne peut pas commencer à tester le serpent s’il n’est pas terminé ni son mouvement si l’on n’a pas connecté les câbles entre eux», déclare Lea Grieder, autre membre de l’équipe et étudiante Bachelor en informatique.

Christoph Koch, qui enseigne ce cours, explique qu’il est difficile de faire bouger un robot comme un animal vivant, notamment dans le cas des serpents dont les mouvements sont particulièrement subtils. «Les serpents se déplacent grâce à la microstructure des écailles de leur corps, ce que nous ne pouvons pas reproduire. Un modèle de mouvement applicable permettrait au serpent robot de se tortiller sur place sans aucun mouvement vers l’avant. L’équipe a échangé avec des chercheuses et chercheurs du domaine et lu des publications scientifiques sur le sujet avant de faire des choix de conception très intelligents qui ont abouti à la réussite du projet. Ils ont fait tout de leur propre initiative, sans instructions.»

Pour l’équipe, pouvoir démontrer ce que les mathématiques peuvent faire a été l’une des choses les plus gratifiantes du cours et du projet.

«Jusqu’à présent, les mathématiques utilisées dans nos études étaient abstraites. Pour moi, les mathématiques sont imaginaires, on ne peut pas vraiment les voir. Grâce au cours Making Intelligent Things, nous avons pu faire quelque chose de concret, mettre toutes nos connaissances à l’épreuve et créer quelque chose de vraiment sympa. Nous pouvons montrer ce que les mathématiques peuvent faire. Nos familles ont été étonnées de voir ce que nous avons créé en si peu de temps et se sont rendu compte que nous nous amusions beaucoup», ajoute Leila Sidjanski.

L’équipe espère apporter d’autres améliorations et ajouts à Flipper et continuer à le présenter à un public plus large. Recommanderaient-ils le cours Making Intelligent Things? «Si on m’avait posé cette question les deux premières semaines du cours, j’aurais répondu non, car nous avons été jetés dans le grand bain. Il a fallu se débrouiller. Mais au fur et à mesure, on apprend beaucoup - l’impression 3D, l’électronique, la soudure, comment naviguer seul dans l’organisation - et c’est certainement l’un des cours dans lequel nous avons le plus appris en si peu de temps. C’était vraiment génial et nous nous sommes donnés sans compter les heures. Le résultat est impressionnant et c’est ce qui nous rend encore plus fiers de notre projet», conclut Lea Grieder.

Christoph Koch fait l’éloge de ses étudiantes et étudiants. Les projets qu’ils développent dans le cadre de ce cours ne cessent de le surprendre: «Dans le cas de Flipper, je ne m’attendais pas à ce qu’il fonctionne aussi bien. Plusieurs autres équipes ont également réalisé des progrès impressionnants en très peu de temps, et nous avons en fin de compte plusieurs projets brillants.»

Les cinq membres de l’équipe Flipper, le serpent robot étaient: Robin Bochatay, Cherilyn Christen, Lea Grieder, Giovanni Ranieri et Leila Sidjanski.

Les six autres projets développés cette année au cours Making Intelligent Things étaient:
* un jeu Mario Kart physique
* un traceur 2D pour les personnes handicapées (en s’appuyant sur l’expression du visage)
* un monocycle auto-équilibré
* un véhicule robotisé SLAM (localisation et cartographie simultanées)
* StrumMaster (une guitare acoustique qui joue toute seule)
* un entrepôt automatisé avec chariot élévateur autonome