Cheetah 3 : les prouesses du robot

Près de quatre ans après sa dernière évolution, le robot quadrupède Cheetah du Massachusetts Institute of Technology est de retour. Et le moins que l’on puisse dire est que ce Cheetah 3 a fait d’énormes progrès. Il sait désormais trotter, galoper, bondir, sauter à 76 cm de hauteur, se déplacer latéralement, monter un escalier parsemé de débris et même marcher sur trois pattes.

Le plus impressionnant est sans doute que Cheetah 3 accomplit toutes ces manœuvres en aveugle, sans caméras ni capteurs pour distinguer son environnement. L’idée des chercheurs est de fiabiliser la locomotion au maximum, de sorte que le robot puisse progresser sur des terrains difficiles en se passant d’un retour visuel qui peut parfois être incomplet. Cheetah 3 s’appuie sur deux algorithmes : un algorithme de détection de contact et un algorithme de contrôle par modèle prédictif. 

Des algorithmes à la place des caméras

Le premier calcule des probabilités à partir des données émises par les gyroscopes, les accéléromètres et les articulations, et détermine ainsi le mouvement à accomplir pour chacune des pattes. Si l’une d’elles rencontre un obstacle inattendu ou une surface susceptible de le déstabiliser, l’algorithme de détection de contact détermine s’il suffit de poursuivre le mouvement ou bien s’il faut l’ajuster. Le principe est le même que lorsque nous avançons à tâtons dans le noir.

Le second algorithme décide de la force à appliquer à chaque patte une fois qu’un pas va être effectué. Les calculs sont accomplis toutes les 50 millisecondes, ce qui permet à la machine d’anticiper les effets déstabilisateurs et de compenser en conséquence. Comme on peut le voir dans la vidéo, Cheetah 3 est capable de garder son équilibre même lorsque l’on cherche à le faire tomber. Autant de compétences qui pourraient, avancent les concepteurs du robot, servir un jour lors de missions dans des environnements inaccessibles aux humains.

En vidéo : le robot-guépard Cheetah court vite… et en silence

Article initial de Marc Zaffagni, paru le 17/06/2014

Il y a deux ans, le robot-guépard Cheetah battait des records de vitesse en course à pied. Le félin robotisé revient dans une nouvelle version entièrement électrique, plus silencieuse, capable de courir sur des sols accidentés et de sauter par-dessus des obstacles.

Il y a un peu plus de deux ans, Yalayolo Magazine-Sciences présentait le robot quadrupède Cheetah (guépard en anglais), roi du sprint sur tapis roulant, capable d’atteindre 30 km/h. Une vraie prouesse technique tempérée par le fait que le robot était relié à une pompe hydraulique alimentée par un moteur à combustion, ce qui limitait grandement sa mobilité. Mais une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) vient de présenter une évolution dotée d’un nouvel algorithme de contrôle et d’un système de propulsion électrique.

Ce nouveau robot Cheetah est à la fois plus silencieux et plus autonome que son prédécesseur. Il peut courir à 16 km/h et sauter par-dessus des obstacles de 33 centimètres de haut. Les chercheurs du MIT assurent que cette nouvelle version pourrait atteindre les 48 km/h.  « C’est la première fois que nous démontrons qu’un robot alimenté par des moteurs électriques peut courir et sauter par-dessus des obstacles », souligne l’un des membres de l’équipe dans une vidéo de Cheetah diffusée sur YouTube.

Pour parvenir à un tel résultat, l’équipe du MIT a développé un moteur électrique doté d’un couple très élevé contrôlé par des amplificateurs. Il a fallu ensuite développer un algorithme capable de reproduire la cinématique particulière du guépard lorsqu’il court. Ses pattes avant et arrière bondissent en tandem pour lui permettre d’atteindre sa pleine vitesse qui peut aller jusqu’à 60 km/h.

Courir comme Usain Bolt

Lorsque le félin bondit, ses pattes touchent le sol pendant une fraction de seconde avant de redécoller. En biomécanique, le pourcentage de temps durant lequel la patte est en contact avec la terre ferme est dénommé « cycle de travail ». Plus l’animal court vite, plus ce cycle est court expliquent les chercheurs du MIT.

Pour reproduire cela, l’algorithme du robot contrôle la force que chaque patte exerce durant la fraction de seconde ou elle touche le sol, ce qui permet de maintenir une vitesse donnée.  « Une fois que je sais combien de temps ma jambe est au sol et combien de temps elle est en l’air, je sais quelle force j’ai besoin d’appliquer pour compenser la force gravitationnelle, explique le professeur Sangbae Kim qui travaille sur le projet Cheetah depuis le début. Maintenant, nous savons comment contrôler les bonds à différentes allures. Et pour sauter, il nous suffit de tripler la force et le robot franchit les obstacles. » Le scientifique ajoute que cette approche basée sur le contrôle de la force est proche de la manière dont courent les champions du sprint comme Usain Bolt. Cette technique permet de garantir la stabilité et l’agilité de ce robot quadrupède, y compris sur des terrains accidentés, comme le démontre la vidéo. De surcroît, le robot est presque aussi silencieux que son modèle vivant.

Cette technologie pourrait devenir un standard pour tous les robots bipèdes ou quadrupèdes. Les chercheurs du MIT estiment même qu’elle pourrait être adaptée pour fabriquer un nouveau type de prothèses de jambes, voire inventer un nouveau mode de transport pour remplacer la voiture !