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Les systèmes biologiques ont généralement un énorme avantage sur les systèmes technologiques à la fois en termes de sensibilité et en termes de consommation d’énergie. Donc, si les scientifiques peuvent fusionner les sens des robots et des insectes, une telle innovation pourrait rendre inutiles des développements beaucoup plus lourds et coûteux dans le domaine de la robotique.

Un développement technologique et biologique sans précédent en Israël et dans le monde a été atteint à l’Université de Tel Aviv (TAU) Pour la première fois, l’oreille d’un criquet mort a été connectée à un robot qui reçoit les signaux électriques de l’oreille et réagit en conséquence. Le résultat est étonnant: lorsque les chercheurs applaudissent une fois, l’oreille du criquet entend le son et le robot avance; lorsque les chercheurs applaudissent deux fois, le robot recule.

L’étude interdisciplinaire a été dirigée par Idan Fishel, un étudiant en master conjoint sous la direction conjointe du Dr Ben Maoz de la faculté d’ingénierie Fleischman de TAU et de la Sagol School of Neuroscience, du professeur Yossi Yovel et du professeur Amir Ayali de l’école de zoologie et l’école Sagol de neurosciences; et le Dr Anton Sheinin. Yoni Amit et Neta Shavil. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la prestigieuse revue sous le titre: Ear-Bot: Locust Ear-on-a-Chip Bio-Hybrid Platform.

Au cours de centaines de millions d’années d’évolution, les insectes ont développé certains des organes de détection les plus efficaces et les plus robustes, souvent beaucoup plus sensibles que leurs équivalents artificiels, a écrit l’équipe dans leur article. «Dans cette étude, nous démontrons une approche bio-technologique hybride, intégrant une oreille tympanique de criquet à une plate-forme robotique. En utilisant une méthode Ear-on-a-Chip, nous parvenons à créer un dispositif sensoriel miniature de longue durée qui fonctionne dans le cadre d’un robot bio-hybride.

Les chercheurs expliquent qu’au début de leur étude, ils ont cherché à savoir comment les avantages des systèmes biologiques pouvaient être intégrés dans les systèmes technologiques et comment les sens d’un criquet mort pourraient être utilisés comme capteurs pour un robot. «Nous avons choisi le sens de l’ouïe, car il peut être facilement comparé aux technologies existantes, contrairement au sens de l’odorat, par exemple, où le défi est beaucoup plus grand», a noté Maoz. «Notre tâche était de remplacer le microphone électronique du robot par une oreille d’insecte mort, d’utiliser la capacité de l’oreille à détecter les signaux électriques de l’environnement, dans ce cas les vibrations dans l’air, et, à l’aide d’une puce spéciale, de convertir l’entrée d’insecte en cela du robot. »

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Pour mener à bien cette tâche unique et non conventionnelle, l’équipe interdisciplinaire de Maoz, Yovel et Ayali a été confrontée à un certain nombre de défis. Dans un premier temps, ils ont construit un robot capable de répondre aux signaux qu’il reçoit de l’environnement. Ensuite, dans le cadre d’une collaboration multidisciplinaire, les chercheurs ont pu isoler et caractériser l’oreille de criquet mort et la maintenir vivante et fonctionnelle – suffisamment longtemps pour réussir à la connecter au robot. Dans la dernière étape, les chercheurs ont réussi à trouver un moyen de capter les signaux reçus par l’oreille du criquet d’une manière qui pourrait être utilisée par le robot. À la fin du processus, le robot a pu «entendre» les sons et répondre en conséquence.

Dans l’ensemble, ils ont effectué 29 expériences sur chacun des organes tympanaux (auditifs) de criquets, chacun utilisant entre 12 et 36 répétitions de stimulus, pour finalement obtenir 1836 enregistrements du modèle de réponse du pic du nerf auditif.

« Prof. Le laboratoire d’Ayali possède une vaste expérience de travail avec les criquets et ils ont développé les compétences nécessaires pour isoler et caractériser l’oreille », a commenté Maoz. «Son laboratoire a construit le robot et développé un code qui permet au robot de répondre aux signaux auditifs électriques, et mon laboratoire a développé un dispositif spécial – un Ear-on-a-Chip – qui permet de maintenir l’oreille en vie tout au long de l’expérience en fournir de l’oxygène et de la nourriture à l’organe, tout en permettant aux signaux électriques d’être retirés de l’oreille du criquet et amplifiés et transmis au robot.

Il faut comprendre que les systèmes biologiques dépensent une énergie négligeable par rapport aux systèmes électroniques, a déclaré Maoz. «Ils sont miniatures et donc extrêmement économiques et efficaces. À titre de comparaison, un ordinateur portable consomme environ 100 watts par heure, tandis que le cerveau humain en consomme environ 20 watts par jour. La nature est beaucoup plus avancée que nous, nous devrions donc l’utiliser. Le principe que nous avons démontré peut être utilisé et appliqué à d’autres sens, tels que l’odorat, la vue et le toucher. »

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La plate-forme intégrée Ear-Bot démontre qu’un système auditif biologique peut servir d’entrée sensorielle auditive pour diriger un robot, a déclaré Maoz. «Cette plate-forme présente une nouvelle capacité de robots bio-hybrides qui ouvre la voie à l’utilisation d’une variété de systèmes auditifs biologiques, qui sont extrêmement diversifiés dans leurs capacités en tant qu’intrants pour les systèmes robotiques bio-hybrides.

Par exemple, a-t-il suggéré, «certains animaux ont des capacités étonnantes pour détecter des explosifs ou des drogues; la création d’un robot avec un nez biologique pourrait nous aider à préserver la vie humaine et à identifier les criminels d’une manière qui n’est pas possible aujourd’hui. Certains animaux savent détecter les maladies. D’autres peuvent ressentir des tremblements de terre. Le ciel est la limite. »

 

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