Un robot espion chez les poissons

S’intégrer dans une communauté de petits poissons zèbres. C’est le but d’un robot miniature conçu par une équipe de chercheurs du Laboratoire de systèmes robotiques de l’EPFL (LSRO), dirigée par le professeur Francesco Mondada. L’objet a été réalisé dans le cadre d’un projet européen impliquant six institutions partenaires* et dont les résultats ont été récemment publiés dans le journal Bioinspiration & Biomimetics.

«Nous avons créé une sorte d’agent espion, prêt à infiltrer ces bancs de petits poissons», explique, dans un sourire, Frank Bonnet, post-doctorant au LSRO et l’un des auteurs de l’étude. D’une longueur de sept centimètres, le robot est plus grand que son modèle, mais respecte sa forme et ses proportions. Le leurre se déplace dans l’eau grâce à un robot motorisé placé sous l’aquarium, auquel il est relié par des aimants. Le poisson zèbre, également appelés Danio rerio, a été choisi notamment pour sa robustesse et sa propension à avoir un comportement collectif très dynamique.

Le projet comprend deux volets. Le premier est de nature biologique. Il s’agit d’étudier plus en détails les interactions sociales des poissons entre eux. Le robot est alors un outil qui permet de créer des stimuli précis chez ces animaux et de tester leurs réponses. C’est sur le deuxième - les aspects robotiques - que les chercheurs de l’EPFL ont quant à eux travaillé.

Trouver les bons critères

Leur mission était de déterminer quels sont les critères auxquels le leurre doit répondre pour pouvoir s’intégrer au mieux dans le groupe, puis également l’influencer. Ils sont de nature morphologique – forme, couleurs, zébrures, etc – mais également comportementales, tels que vitesse linéaire des individus, accélérations, distances interindividuelles, taille des groupes, vibrations, mouvements et rythmes de la queue par exemple.

Plus encore, les scientifiques avaient pour but de développer un système en «boucle fermée», c’est-à-dire où le robot a non seulement la capacité d’influer sur le comportement des poissons mais également, en retour, de s’adapter à eux et d’apprendre à coller à leur manière de communiquer et de se mouvoir. Conçu au départ sur une base établie avec l’aide de biologistes, le modèle de déplacement du leurre s’affine ainsi progressivement au fil du temps et des contacts avec ces animaux.

Et si on changeait de sens?

Les expériences ont été menées dans différents aquariums, certains dotés d’espaces distincts tels que chambrettes ou couloirs, d’autre dépourvus de séparation. Elles ont impliqué dix groupes de quatre poissons zèbres en interaction avec le leurre. Pour chaque essai, les chercheurs ont analysé la position et le déplacement des individus, la dynamique collective du groupe, ainsi que la propension du robot à s'y intégrer. Les résultats ont ensuite été comparés à des données obtenues lors d’observation de groupes de cinq poissons zèbres nageant dans les mêmes conditions et sans le robot.

Au final, l’expérience s’est avérée concluante. «Le robot a été bien accepté dans la communauté de poissons, raconte Frank Bonnet. Il a notamment réussi à moduler les comportements des animaux, par exemple en les faisant changer de sens de nage ou passer d’une chambrette à une autre.»

A noter que des études similaires avaient été menées par le même laboratoire, notamment avec des cafards. «Les poissons sont toutefois des animaux bien plus complexes, note le chercheur. Pour intégrer ces communautés d’insectes, les robots devaient tabler principalement sur la diffusion de certaines phéromones. Pour nos vertébrés, les critères – à la fois visuels, vibratoires, de mobilité, etc - semblent beaucoup plus nombreux.»

*Université Paris Diderot– LIED,University of Graz – Artificial Life Lab, Cybertronica research, University of Zagreb – LARICS, FCiências.ID – Associação para a Investigação e Desenvolvimento de Ciências, EPFL - LSRO.