Prenons l’exemple du centipède. Au sol, il se déplace à l’aide de ses nombreuses pattes, tandis que dans l’eau, il les replie et nage en faisant onduler son corps, comme le ferait une anguille. Mais comment les animaux contrôlent-ils leur déplacement dans différents substrats, comme l’eau ou la terre? Et comment commandent-ils les parties de leur corps, qui diffèrent d’une espèce à l’autre (nombre de pattes, etc.)? Voilà des questions qui n'ont pas encore été élucidées. Pour y répondre, les professeurs Emily Standen (Université d’Ottawa), Auke Ijspeert (EPFL, Suisse) et Akio Ishiguro (Université du Tohoku, Japon) ont appliqué leur connaissance poussée de la biorobotique et des modèles de simulation à l’expérimentation animale. Leur objectif : vérifier s’il existe un principe de contrôle unique qui expliquerait la diversité des modes de locomotion entre les espèces et les substrats.
À partir de données biomécaniques réelles provenant de salamandres, de poissons et de centipèdes amphibies, l’équipe conçoit des modèles de simulation des systèmes de contrôle neurologique des animaux. Grâce à ces simulations, ils reproduisent ensuite les caractéristiques et le déplacement des animaux dans différents milieux en créant des systèmes de contrôle neurologique et des modèles simplifiés. Ensuite, ils utilisent les modèles dont le « comportement » est concluant en environnement virtuel pour commander des robots biomimétiques soumis aux conditions mécaniques du monde réel. En modifiant les paramètres de commande de la simulation pour ensuite observer les changements dans le « comportement » des robots, les trois chercheurs en apprennent davantage sur les facettes du système de contrôle neurologique qui régissent le mode de locomotion selon les parties du corps et les milieux. Par exemple, grâce à leurs récents travaux sur le déplacement du centipède, nous savons que la marche de cet animal est synchronisée par une série d’oscillateurs neuronaux situés le long de son corps, mais que son déplacement dans l’eau obéit directement à des signaux provenant du cerveau.
Ce projet collaboratif, rendu possible grâce au soutien du programme scientifique Frontières humaines (connu sous son sigle anglais HFSP), a permis à des stagiaires de recherche de l’Université d’Ottawa d’acquérir de l’expérience en recherche interdisciplinaire, en plus de contribuer à créer des liens durables entre des chercheuses et chercheurs de l’Université d’Ottawa, de la prestigieuse École polytechnique de Lausanne et de l’Université du Tohoku. Le programme HFSP promeut la collaboration internationale en recherche fondamentale afin d’élucider les mécanismes subtils et complexes des organismes vivants. Ce projet constitue une occasion en or pour les sciences pures : comme il ne répond pas à des impératifs du secteur industriel, c’est la créativité et la curiosité qui sont dans ce cas les principaux moteurs de la connaissance.
Pour en savoir plus :
- How centipedes navigate through land and water (en anglais seulement)
- Decoding the essential interplay between central and peripheral control in adaptive locomotion of amphibious centipedes (en anglais seulement)
