Les secrets des queues de poisson aideront à concevoir des drones sous-marins

En découvrant les secrets de la façon dont les poissons nagent si efficacement à différentes vitesses, les scientifiques trouvent des idées pour la prochaine génération de drones sous-marins.

En règle générale, les véhicules sous-marins sont conçus pour une vitesse de croisière – et échouent à d’autres vitesses. La technologie est très limitée par rapport aux compétences impressionnantes des poissons, qui nagent bien à différentes vitesses en ajustant la rigidité de leur queue. Il serait très utile que les drones sous-marins se déplacent à la fois rapidement et lentement.

Le professeur Dan Quinn au École d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Virginie, en collaboration avec le chercheur postdoctoral Qiang Zhong, a développé une stratégie clé pour permettre des missions à plusieurs vitesses dans des véhicules sous-marins. Les experts ont démontré un moyen simple de mettre en œuvre leur stratégie dans les robots.

Lorsque les scientifiques conçoivent des robots nageurs, il est difficile de déterminer la rigidité idéale de la pièce qui propulse les robots dans l’eau. Cela est difficile car différents niveaux de rigidité sont nécessaires pour diverses conditions.

« Avoir une seule rigidité à l’arrière, c’est comme avoir un seul rapport de démultiplication sur un vélo », a déclaré le professeur Quinn. « Vous ne seriez efficace qu’à une seule vitesse. Ce serait comme parcourir San Francisco à vélo avec un vélo à pignon fixe ; vous seriez épuisé après seulement quelques pâtés de maisons.

Très probablement, les poissons résolvent ce problème en ajustant la rigidité de leur queue en temps réel, en s’adaptant à différents niveaux de rigidité en fonction de la situation.

Bien qu’il n’existe aucun moyen connu de mesurer la rigidité d’un poisson nageant, Quinn a combiné la dynamique des fluides et la biomécanique pour créer un modèle expliquant comment et pourquoi la rigidité de la queue doit être ajustée.

« Étonnamment, tous les calculs ont abouti à un résultat simple : la rigidité devrait augmenter avec la vitesse de nage au carré », a déclaré le professeur Quinn.

« Pour tester notre théorie, nous avons construit un robot ressemblant à un poisson qui utilise un tendon artificiel programmable pour régler sa propre rigidité de queue tout en nageant dans un canal d’eau. Ce qui s’est passé, c’est que notre robot a soudainement pu nager sur une plage de vitesses plus large tout en utilisant presque la moitié moins d’énergie que le même robot doté d’une queue à rigidité fixe. L’amélioration était vraiment tout à fait remarquable.

« Notre travail est le premier à combiner la biomécanique, la dynamique des fluides et la robotique pour étudier de manière approfondie la rigidité de la queue, ce qui aide à découvrir le mystère de longue date sur la façon dont la rigidité de la queue affecte les performances de nage », a déclaré Zhong.

« Ce qui est encore plus fantastique, c’est que nous ne nous concentrons pas uniquement sur l’analyse théorique, mais également sur la proposition d’un guide pratique sur la rigidité réglable. Notre stratégie de rigidité réglable proposée s’est avérée efficace dans des missions de nage réalistes, où un poisson robot atteignait simultanément une nage à grande vitesse et à haute efficacité.

L’étude est publiée dans la revue Robotique scientifique.

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Par Chrissy Sexton, Espèces-menacées.fr Rédacteur