DE L'INSECTE AUX ROBOTS : OBSERVER, RECONSTRUIRE, INNOVER ET MIEUX COMPRENDRE

Les insectes ailés ont résolu des problèmes ardus tels que la stabilisation du vol, l’évitement d’obstacles en 3D, la poursuite de cibles, l’odométrie, l’atterrissage sans piste aménagée et l’atterrissage sur des cibles en mouvements, problèmes sur lesquels bute encore la robotique autonome contemporaine. Certains principes naturels, éprouvés depuis des millions d’années, peuvent aujourd’hui apporter à la Robotique des idées innovantes. Nous savons depuis 70 ans que les insectes ailés réagissent visuellement aux mouvements relatifs du sol causés par leur mouvement propre [Kennedy, 1939]. De façon surprenante, cet indice visuel naturel, plus récemment nommé “flux optique" [Gibson, 1950], n’a pas encore envahi le champ de l’aéronautique, alors même que les capteurs et les traitements mis en oeuvre par le système nerveux d’un insecte au service de son comportement visuo-moteur commencent à être clairement identifiés [Kennedy, 1951; Reichardt, 1969; Hausen, 1984; Pichon et al., 1989; Franceschini et al., 1989; Collett et al., 1993; Srinivasan et al., 1996, 2000;Serres et al., 2008b; Portelli et al., 2010a].Accorder une certaine autorité de vol à un micro-aéronef est une tâche particulièrement difficile, en particulier pendant le décollage, l’atterrissage, ou en présence de vent. Construire un aéronef de quelques grammes ou dizaines de grammes équipé d’un pilote automatique demande alors une démarche innovante. J’ai donc choisi une démarche bioinspirée résolument tournée vers les insectes ailés pour tenter de résoudre les problèmes inhérents au décollage, au contrôle de la vitesse, à l’évitement d’obstacles, à la réaction au vent, ou bien encore l’atterrissage grâce à lamesure du flux optique

A miniature biomimetic gaze control system

International audienceFor any sighted mobile creature, whether it be natural or artificial, stabilizing the visual system is a much more crucial issue than that of preventing a snapshot from being blurred by the unsteadiness of a human photographer. The more immune the eye of an animal or a robot is to various kind of disturbances such as body or head movements of all kinds, the less troublesome it will be for the visual system to carry out its many information processing tasks when walking or flying in unknown environments. The gaze control system that we describe in this paper takes a lesson from the Vestibulo Ocular Reflex (VOR) that is known to contribute to the stabilization of the human eyes. The originality and performances of the control system arise from the merging of two sensory modalities: a retinal position signal is yielded by a novel piezo-based visual sensor called OSCAR (Optical Sensor for the Control of Autonomous Robots) a VOR reflex is merged with a visual smooth pursuit reflex. Our gaze controller involves a feedforward eye control based on measurements of the angular head speed by a rate gyro. The performances of the gaze controller were tested on-board a miniature (5 grams) oculomotor system, which makes use of the OSCAR visual sensor. The combined visual/inertial sensory-motor controller enables the gaze to be stabilized within a 12-times smaller range than the perturbing head movements, which were applied here at frequencies of up to 3 Hz with an amplitude of 6° peak-topeak. This is a relatively high standard of performance in terms of rejecting head movement disturbances; in any case, these performances are comparable to those which the human visual system is capable of