Des chercheurs de l’Université de Tel-Aviv créent un robot qui entend par une oreille biologique

Le Prof. Yossi Yovel, de l’École de zoologie, de l’École d’ingénierie mécanique et Directeur de l’École des neurosciences de l’Université de Tel-Aviv, le Prof. Amir Ayali, et le Dr. Ben Maoz de la Faculté d’ingénierie et de l’Ecole des Neurosciences, se sont réunis pour créer un robot doté d’une véritable oreille sur puce, qui entend et réagit aux sons. Le projet, qui avait pour but de vérifier la faisabilité d’un système bio-hybride intégrant un dispositif biologique dans un robot, éveille déjà l’intérêt de nombreux organismes, notamment l’industrie de la défense.

Robot oreilleL’étude a été réalisée en près de deux ans par Idan Fishel, étudiante de maîtrise sous la direction des trois chercheurs, avec la participation de Neta Shvil, Yoni Amit, et du Dr. Anton Sheinin. Elle a été récemment publiée dans la revue Sensors.

«Nous voulions montrer qu’on peut combiner un système biologique et un système électronique », explique le Dr. Maoz. « Le système auditif, qui comporte des capteurs électriques semblait bien adapté à cette tâche ». Pour réaliser cette expérience révolutionnaire, les chercheurs ont choisi l’oreille de la sauterelle, insecte possédant des organes vocaux et auditifs particulièrement développés et très proches de ceux des mammifères. «Les insectes ont des systèmes auditifs structurellement simples, mais qui réalisent un traitement de données complexe. En même temps, il est adaptatif, d’un poids léger et de petite dimension, et donc plus facile à utiliser que l’oreille d’un mammifère, par exemple. L’oreille de la sauterelle est composée d’une structure en trois parties remplie d’un liquide jouant le même rôle que la cochlée. C’est la plus petite oreille de son genre dans la nature, et elle est capable d’entendre des sons d’une fréquence beaucoup plus élevée que les humains », ajoute Idan Fishel.

Une oreille de sauterelle

Pour réaliser l’étude, les chercheurs ont tout d’abord isolé une oreille de sauterelle. Ils ont ensuite construit une plate-forme ‘d’oreille-sur-puce’, capable de capter les signaux sonores qui atteignent l’organe et de réaliser un enregistrement électro-physiologique de son activité, et l’ont connecté au robot. Résultat: lorsqu’un son est émis, l’oreille biologique sur puce entend, tout comme cela se passe dans un corps humain ; le signal vocal est ensuite transformé en signal électrique parvenant au robot, qui sait comment réagir en conséquence.

idan fishel«Les ondes sonores font vibrer le tympan de la sauterelle, activant ses mécanorécepteurs, semblables aux cellules ciliés de notre oreille, qui savent transformer la vibration mécanique en signal électrique, transmis au cerveau par le biais du nerf auditif », explique Idan. « Après avoir vérifié que le système fonctionne correctement, nous l’avons mis sur une puce, et placé sur le robot ».

La puce portant l’oreille a été construite par une équipe de chercheurs en utilisant un logiciel et une imprimante 3D. « J’ai dû concevoir une puce modulaire, qui puisse être placée sur le robot, détecter l’activité électrique du système auditif, et capable de s’adapter physiologiquement et structurellement au système auditif de la sauterelle, c’est-à-dire qu’elle permette à la fois un environnement aquatique, et l’entrée d’air et d’ondes sonores, similaire à la façon dont cela se passe chez l’insecte », précise Idan.

Un défi énorme

Le robot a été conçu et construit par Yoni Amit, avec l’aide du Dr. Anton Sheinin, également de manière modulaire pour qu’il puisse facilement être programmé et réagir à différents sons.

« Le principal défi était de transformer le système existant en un élément modulaire. La plate-forme est très petite et l’idée était qu’elle puisse être intégrée à un dispositif de la taille d’un téléphone portable», expliquent les chercheurs. « Par ailleurs, la collaboration entre nous a permis de combler les ‘écarts linguistiques’ entre nos différents domaines de recherche et d’intéresser de nombreux étudiants qui ont accepté de participer à l’étude et de s’ouvrir à de nouvelles ‘folies’ », ajoute le Prof. Ayali avec un sourire.

« Il est important de se rappeler que le défi est énorme. Aussi nous avons choisi de commencer par quelque chose de facilement comparable à des systèmes existants, comme par exemple un microphone ou un haut-parleur. Mais nous sommes certains que le projet peut être adapté à d’autres terrains, comme par exemple des organes auditifs d’autres insectes, ou bien l’odorat et la vision, autres sens pour lesquels les insectes ont d’énormes avantages », explique le Dr. Maoz.

Un domaine très prometteur

Le domaine de l’hybridité étant très prometteur, de nombreux organismes s’intéressent à la recherche. « La prochaine étape comprendra l’intégration de l’apprentissage automatique, à la fois du côté du déchiffrage des capteurs biologiques et du côté électronique. C’est-à-dire que nous imiterons également la nature au moyen d’algorithmes», annonce le Prof. Yovel. « Dans l’avenir, un tel robot pourra détecter des explosifs ou des personnes perdues. Il y aura peut-être des nuées de robots, qui se parleront entre eux, chacun étant équipé de capteurs », imagine le Prof. Ayali.

«Nous avons construit un système bio-hybride, qui comporte à la fois des composants biologiques et électriques. On peut envisager des applications futuristes, comme par exemple de connecter deux oreilles à une puce pour une meilleure géolocalisation, de créer des robots avec plusieurs sens, par exemple, un système auditif et un système visuel sur le même robot. Lorsque ce concept d’intégration fonctionne, les possibilités deviennent pratiquement illimitées », conclut Idan.

Photo 2: La doctorante Idan Fishel préparant la puce électronique pur accueillir l’oreille (Crédit: Université de Tel-Aviv)

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