La biomécanique des éléphants suggère une nouvelle approche pour la robotique douce

La recherche, en collaboration avec le zoo d’Atlanta, révèle que la peau d’un éléphant ne s’étire pas uniformément. Le haut du tronc est plus souple que le bas, et les deux sections commencent à diverger lorsqu’un éléphant atteint plus de 10 %. Lorsque vous vous étirez pour trouver de la nourriture ou des objets, la partie dorsale du tronc glisse plus vers l’avant.

Les résultats pourraient améliorer la robotique, qui est aujourd’hui généralement conçue pour une grande force ou une grande flexibilité. Contrairement à la trompe d’un éléphant, les machines ne peuvent pas faire les deux.

A titre d’exemple, les auteurs de l’étude citent la robotique douce. Leurs cavités remplies de liquide permettent des mouvements flexibles mais peuvent facilement se briser lorsque des forces sont appliquées. Les chercheurs disent que les découvertes sur les éléphants suggèrent qu’envelopper la robotique douce avec une structure semblable à une peau pourrait donner aux machines protection et force tout en continuant à permettre la flexibilité.

Le document est publié dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS) par la même équipe de Georgia Tech qui a rédigé une étude l’été dernier sur la façon dont les éléphants utilisent les muscles de leur tronc pour inhaler de la nourriture et de l’eau.

“Lorsque les gens étendent leur langue – un tissu sans os rempli de muscles et de composition similaire à la trompe d’un éléphant – elle s’étire uniformément. Nous nous attendions à la même chose lorsque nous avons mis un éléphant au défi d’atteindre de la nourriture”, a déclaré Andrew Schulz, responsable de l’étude. auteur et titulaire d’un doctorat. étudiant à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech. Lui et l’équipe ont filmé deux éléphants de savane africaine cherchant des cubes de son et des pommes au zoo d’Atlanta.

“Mais lorsque nous avons regardé les images de notre caméra à grande vitesse et tracé les mouvements du coffre, nous avons été surpris. Le haut et le bas n’étaient pas du tout les mêmes”, a déclaré Schulz.

Après avoir vu la vidéo, Schulz a étiré le tissu d’un éléphant disséqué pour mieux comprendre l’élasticité de la peau. C’est alors qu’il a découvert que le haut de la peau, qui est plié, est 15 % plus souple que le bas froissé. C’est aussi à ce moment-là que l’équipe a réalisé qu’elle ne voyait pas seulement des mouvements musculaires sur la vidéo. Ils traquaient également une épaisse couche de peau.

“Les plis cutanés flexibles sont l’innovation de l’éléphant”, a déclaré David Hu, conseiller de Schulz et professeur à la Woodruff School et à la School of Biological Sciences. “Ils protègent la partie dorsale et permettent à l’éléphant d’atteindre plus facilement vers le bas, le style de préhension le plus courant lors de la prise d’objets.”

L’étude de Georgia Tech a également révélé qu’une trompe d’éléphant diffère d’une autre manière des autres appendices sans os et remplis de muscles trouvés dans la nature, tels que les tentacules de calmar et de poulpe. Au lieu de s’étendre uniformément, un éléphant étire télescopiquement sa trompe comme un parapluie, s’allongeant progressivement par vagues.

Un éléphant étend d’abord la section qui comprend le bout de sa trompe, puis la section adjacente et ainsi de suite, revenant progressivement vers son corps. Schulz dit que le mouvement progressif vers la base est intentionnel.

“Les éléphants sont comme les gens : ils sont paresseux”, a-t-il déclaré. “La section à l’extrémité du tronc est de 1 litre de muscle. La section la plus proche de sa bouche est de 11 à 15 litres de muscle. Un éléphant étirera d’abord l’extrémité de son tronc, puis la section adjacente, car ils sont plus faciles Si un éléphant n’a pas à travailler très dur pour atteindre quelque chose, il ne le fera pas.”

Schulz a déclaré qu’il devait s’appuyer sur un dessin de 1908 pour apprendre l’anatomie du tronc, car les scientifiques et les ingénieurs n’ont pas fait beaucoup de recherches sur la biomécanique des éléphants au cours du siècle dernier. Une partie de sa curiosité pour les éléphants est basée sur leur aide ; il pense qu’une meilleure compréhension des animaux conduira à de meilleurs efforts de conservation. En tant qu’ingénieur en mécanique, Schulz voit également les applications de la robotique.

“La robotique douce créée avec un design d’inspiration biologique est toujours basée sur le mouvement musculaire. Si elle était enveloppée d’une peau protectrice, comme la trompe remplie de muscles d’un éléphant, les machines pourraient appliquer des forces plus importantes”, a-t-il déclaré. “L’année dernière, nous avons appris qu’un tronc est un hydrostat musculaire polyvalent. Nous savons maintenant que la peau est un autre outil à sa disposition.”