La façon dont les mouches des fruits survivent après une blessure est le meilleur exemple de «jusqu’où nous devons aller»

Bien qu’elles n’aient que 200 000 neurones contre 100 milliards chez l’homme, les mouches des fruits disposent d’un système de contrôle moteur avancé et adaptable qui leur permet de survivre après une blessure.

Les insectes qui volent peuvent servir de source d’inspiration pour la construction de robots battants et de drones capables de s’adapter intelligemment aux dommages physiques et de poursuivre les opérations. Par exemple, fabriquer un drone qui peut voler même si l’un de ses moteurs tombe en panne, ou un robot avec des jambes qui peut utiliser ses autres jambes lorsque l’une d’elles cède.

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont découvert que lorsque les mouches des fruits perdent jusqu’à 40 % d’une aile, elles peuvent rapidement résoudre le problème et rester aussi stables qu’avant. Cette découverte peut être utile pour concevoir des robots flexibles, qui doivent également réagir rapidement à des événements inattendus sur le terrain.

Ces résultats ont été publiés aujourd’hui dans Science Advances par une équipe dirigée par des chercheurs de Penn State.

Les mouches des fruits anesthésiées ont vu la longueur de leurs ailes modifiée pour simuler une blessure réelle subie par des insectes volants afin que l’expérience puisse être menée. Les insectes ont ensuite été suspendus dans un anneau de réalité virtuelle. En utilisant des graphiques virtuels projetés sur de minuscules écrans dans l’anneau, les chercheurs ont réussi à inciter les mouches des fruits à se comporter comme si elles volaient.

Ils «ont découvert que les mouches compensent leurs blessures en battant plus fort l’aile endommagée et en réduisant la vitesse de l’aile saine», explique l’auteur correspondant Jean-Michel Mongeau. “Ils accomplissent cela en modulant les signaux dans leur système nerveux, ce qui leur permet d’affiner leur vol même après une blessure.”

La façon dont les mouches des fruits survivent après une blessure est le meilleur exemple de «jusqu'où nous devons aller»
La façon dont les mouches des fruits survivent après une blessure est le meilleur exemple de «jusqu’où nous devons aller»

En augmentant activement l’amortissement, les mouches des fruits sont capables de conserver leur stabilité malgré une baisse modeste des performances causée par une aile cassée.

“Si vous conduisez sur une route goudronnée, le frottement est maintenu entre les pneus et la surface, et la voiture est stable”, ajoute Mongeau, comparant l’amortissement au frottement. « Mais sur une route verglacée, il y a moins de friction entre la route et les pneus, ce qui provoque de l’instabilité. Dans ce cas, une mouche des fruits, en tant que conducteur, augmente activement l’amortissement avec son système nerveux pour tenter d’augmenter la stabilité.

Pour des performances de vol optimales, la stabilité est plus cruciale que la puissance, selon le co-auteur Bo Cheng.

“Sous les dommages aux ailes, les performances et la stabilité en souffriraient généralement ; cependant, les mouches utilisent un “bouton interne” qui augmente l’amortissement pour maintenir la stabilité souhaitée, même si cela entraîne une baisse supplémentaire des performances », ajoute Cheng. “En fait, il a été démontré que c’est bien la stabilité, et non la puissance requise, qui limite la maniabilité des mouches.”

Selon la recherche, bien qu’elles n’aient que 200 000 neurones contre 100 milliards chez l’homme, les mouches des fruits disposent d’un système de contrôle moteur avancé et adaptable qui leur permet de survivre après avoir subi une blessure.

« La complexité que nous avons découverte ici dans les mouches est inégalée par tous les systèmes d’ingénierie existants ; la sophistication de la mouche est plus complexe que les robots volants existants », a ajouté l’auteur. “Nous sommes encore loin du côté de l’ingénierie pour essayer de reproduire ce que nous voyons dans la nature, et ce n’est qu’un autre exemple de jusqu’où nous devons aller.”

Des collaborateurs de l’Université du Colorado à Boulder ont créé une aile robotique en plastique et en carton laminé pour étudier le mécanisme par lequel les mouches des fruits compensent les dommages aux ailes en vol. Crédit image : Kaushik Jayaram

Les ingénieurs doivent travailler dur pour créer des robots capables de résoudre rapidement les problèmes dans des environnements de plus en plus compliqués.

“Les insectes volants peuvent inspirer la conception de robots et de drones battants capables de réagir intelligemment aux dommages physiques et de maintenir les opérations”, a ajouté le co-auteur Wael Salem. “Par exemple, concevoir un drone qui peut compenser un moteur cassé en vol, ou un robot à pattes qui peut compter sur ses autres pattes quand on cède.”

Un prototype de robot d’aile mécanique de taille et de fonction similaires à l’aile d’une mouche des fruits a été développé par des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder afin d’examiner le mécanisme par lequel les mouches corrigent les dommages aux ailes en vol. Les chercheurs ont coupé l’aile mécanique, simulant les essais de Penn State, et ont examiné comment l’aile et l’air interagissaient.

“Avec un modèle mathématique uniquement, nous devons faire des hypothèses simplificatrices sur la structure de l’aile, le mouvement de l’aile et les interactions aile-air pour rendre nos calculs exploitables”, a ajouté le co-auteur Kaushik Jayaram. « Mais avec un modèle physique, notre prototype de robot interagit avec le monde naturel un peu comme le ferait une mouche, soumise aux lois de la physique. Ainsi, cette configuration capture les subtilités des interactions complexes aile-air que nous ne comprenons pas encore complètement.

Source : 10.1126/sciadv.abo0719

Crédit d’image : Jorge Garcia/VW Pics/Universal Images Group via Getty