Les chercheurs marseillais toujours plus inspirés par les fourmis

Après AntBot, un robot inspiré par une fourmi, les chercheurs de l’Institut des sciences du mouvement de Marseille se sont de nouveau appuyés sur les capacités d’orientation de cet insecte pour développer un nouvel engin. Baptisé AntCar, il est capable de suivre un itinéraire sans carte ni GPS, grâce à un algorithme économe en données. Il ouvre ainsi la voie à des véhicules autonomes low-tech.

S’inspirer du vivant pour créer les robots de demain : tel est le quotidien de l’équipe « Systèmes Bio-Inspirés » de l’Institut des sciences du mouvement (ISM) Étienne-Jules Marey de Marseille. Ces chercheurs ont de longue date jeté leur dévolu sur une fourmi du désert – Cataglyphis de son petit nom – aux remarquables capacités d’orientation. Contrairement à certaines congénères qui se fient aux phéromones pour marquer leur chemin, celle-ci s’appuie principalement sur sa vision. Bien que très faible – son acuité visuelle est 300 fois inférieure à celle de l’être humain – elle est néanmoins suffisante pour lui permettre « d’apprendre un trajet en ne le réalisant qu’une seule fois et d’une traite », souligne Julien Serres, professeur des universités spécialisé en robotique bio-inspirée et biomimétisme. Avec trois autres experts en la matière, ils ont réussi à reproduire cette prouesse et à la transposer sur AntCar, leur dernière créature biomimétique (lire bonus).

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Petit robot, grandes capacités

<!–more–> AntCar a la forme d’une petite voiture, équipée d’une caméra panoramique. Celle-ci capture des images en basse résolution, qui nourrissent un algorithme mis au point par Gabriel Gattaux, doctorant en biorobotique à l’ISM. « Nous utilisons un réseau neuronal très sobre, explique-t-il dans un article publié par le CNRS Sciences infomatiques. Contrairement aux algorithmes classiques comme ceux de ChatGPT et de l’apprentissage profond, il ne repose pas sur la rétropropagation. Et les données ne circulent pas en boucle pendant des heures pour être affinées ».

Résultat : le robot n’a besoin que de 20 kilo-octets pour mémoriser un trajet de cinquante mètres. « C’est 1000 fois moins que les autres systèmes qui utilisent l’intelligence artificielle », précise Julien Serres. Et autant de besoins de stockage en moins dans les centres de données (data centers en anglais), que l’on sait gourmands en énergie.

Efficacité prouvée

AntCar s’est en outre montré particulièrement efficace lors de la phase de tests. La voiture miniature a effectué de nombreux allers-retours devant les locaux de l’ISM, situés sur le campus de Luminy. Dans des conditions diverses et variées pour l’éprouver au maximum (heures différentes,avec et sans obstacles ou piétons…). Sur 1,6 kilomètre parcouru – une distance conséquente sachant qu’il ne mesure que 30 centimètres – le robot n’a dévié de trajectoire que de 25 centimètres. « C’est relativement spectaculaire comme résultat, se réjouit Julien Serres. C’est dix fois plus précis qu’un GPS en termes de résolution spatiale ».

Cerise sur le gâteau : son faible coût. La valeur totale d’AntCar s’élève à 150 euros. Une facture minime qui tient à l’utilisation d’éléments peu onéreux, à l’instar d’un processeur classique (CPU) plutôt qu’un graphique (GPU).

Alternative économique

Concrètement, l’algorithme d’AntCar pourrait trouver sa place dans des robots de livraison, appelés à répéter toujours les mêmes trajets. L’ISM collabore justement à ce sujet avec la start-up TwinswHeel, qui expérimente ce type de véhicules autonomes à Montpellier, Toulouse ou encore Lyon. Il pourrait également être utile « dans tous les cas où la localisation est encore très complexe, comme dans des tunnels ou pour les rovers envoyés sur Mars », expose le CNRS.

Pour les chercheurs marseillais, leur technologie est complémentaire des systèmes actuels, mais pas vouée à les remplacer. « On veut montrer qu’il existe des algorithmes, comme le nôtre, alternatifs aux approches ultra gourmandes en termes de calcul et de mémorisation. Si on l’implante dans un véhicule, ça ne coûterait rien en termes de mémoire, d’une part. Et ça lui permettrait de s’en sortir en “mode avion”, s’il se retrouve coupé du réseau », détaille Julien Serres.

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Des travaux mis en lumière

Si les recherches concernant AntCar sont désormais terminées, celles sur son algorithme se poursuivent. Gabriel Gattaux l’a implémenté sur un petit engin volant – quadricoptère dans le jargon – pour confirmer qu’il fonctionne aussi dans les airs. Il s’est en outre récemment rendu au Japon, au Joint Robotics Laboratory, pour le tester sur un robot humanoïde. « L’idée est de montrer que notre modèle de navigation basse résolution par familiarité optique est compatible avec tous types de robotique », résume Julien Serres.

Les résultats obtenus avec AntCar ont fait l’objet d’une publication dans la revue Nature Communications fin septembre. Une reconnaissance pour le travail fourni par l’équipe de l’ISM. Et une preuve de plus que la science a tout intérêt à s’intéresser et à s’inspirer davantage des insecte. Voire de la biodiversité au sens large. ♦

Bonus

# Les quatre chercheurs derrière AntCar – Tout est parti des travaux d’Antoine Wystrach. Ce directeur de recherche CNRS, au Centre de recherches sur la cognition animale (CRCA) de Toulouse, est de longue date spécialisé dans l’étude de la navigation des fourmis, à la fois en laboratoire et sur le terrain. À partir de ses recherches, Gabriel Gattaux, doctorant sous la direction de Franck Ruffier, directeur de recherche CNRS au Lab-STICC1, et Julien Serres ont conçu AntCar. Tous trois pour le compte de l’Institut des sciences du mouvement (ISM) Étienne-Jules Marey, unité mixte de recherche (UMR 7287) rattachée au CNRS et à Aix-Marseille Université.

# Avant AntCar, AntBot – Le petit robot voiture n’est pas le premier développé par l’ISM et inspiré d’une fourmi. En 2019, après trois ans de travaux, l’équipe a mis sur pied un robot à pattes se déplaçant sans GPS. Baptisé AntBot, il utilise une boussole céleste sensible à la lumière polarisée du ciel. Plus d’infos en cliquant ici.

# Une BD pour montrer l’intérêt des technologies frugales et bio-inspirées – AntCar est la preuve que des robots peuvent fonctionner sans avoir besoin de consommer de données à outrance. Et que s’inspirer de la nature et du vivant peut grandement aider la recherche. Un sujet – pour ne pas dire un combat – au cœur de la bande dessinée« Bugs ‘N’ Robots ». Julien Serres a imaginé le scénario, sur la base de ses recherches, et Juliette Blanchot a signé les illustrations. Sortie début octobre, l’ouvrage est à retrouver en libre accès en cliquant ici.