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H2020 : Beau palmarès pour le projet ROCABLE

Le projet « ROCABLE – Towards Safe and Collaborative Cable-Driven
Parallel Robots
« , soumis mi-juillet dans le cadre de l‘appel à projets COVR a été accepté.

Ce projet, coordonné par Stéphane Caro, implique les équipes RoMaS et ReV du LS2N, ainsi que l’IRT Jules Verne, Eiffage Énergie Systèmes – Clemessy, et INRIA Sophia-Antipolis.

Le projet ROCABLE aborde les questions de sécurité spécifiques aux Robots Parallèles à Câbles (RPC), une classe de robots parallèles dont la plate-forme mobile est reliée à une base fixe par des câbles. La nature non rigide, de faible masse et élastique des câbles pose aux RPC des problèmes de sécurité uniques. De plus, l’absence de normes et d’études de sécurité sur les RPC est un obstacle important à l’adoption des RPC dans l’industrie. Les objectifs du projet COV-R ROCABLE sont de :

  1. Déterminer les normes et directives pertinentes pour utiliser des RPC coexistant avec les opérateurs humains ;
  2. Faire part aux partenaires de COV-R des aspects nouveaux concernant les RPC qui pourraient être soumis aux autorités de régulation ;
  3. Utiliser les protocoles existants définis par les partenaires de COV-R et les appliquer lorsque pertinents à COV-R ROCABLE
    4.Développer des fonctions logicielles/matérielles liées à la sécurité pour gérer l’arrêt d’urgence des RPC ;
  4. Analyser les risques et fournir des solutions de secours (redondance d’actionnement, limites de l’espace de travail, facteurs de sécurité plus importants et inspection).

Les résultats du projet COV-R ROCABLE rapprocheront les robots parallèles à câbles du marquage CE.

Soutenance de thèse de Matthieu FURET (équipe REV)

Matthieu Furet, doctorant au sein de l’équipe REV, soutiendra sa thèse intitulée « Analyse cinétostatique de mécanismes de tenségrité : Application à la modélisation de cous d’oiseaux et de manipulateurs bio-inpirés »/« Kinetostatic analysis of tensegrity mechanisms : Application to the modelling of bird necks and bio-inspired manipulators »

vendredi 13 novembre à 10h30, dans l’amphi du bâtiment S sur le site Centrae Nantes, et en visio (https://ec-nantes.zoom.us/j/93398314122 / ID de réunion : 933 9831 4122 / merci de nous demander le code secret).

Jury :
– Directeur de thèse : Philippe Wenger
– Rapporteurs : Pierre Renaud (ICube/INSA, Strasbourg), Med Amine Laribi (Pprime, Université de Poitiers)
– Examinateurs : Anick Abourachid (Mécadev/MNHN, Paris), David Daney (INRIA, Bordeaux), Stéphane Caro (LS2N), Christine Chevallereau (LS2N)

Résumé : Une structure de tenségrité est un assemblage d’éléments en compression (barres) et d’éléments en traction (câbles, ressorts) maintenus ensemble en équilibre. La tenségrité est connue en architecture et en art depuis plus d’un siècle et est adaptée à la modélisation des organismes vivants. Les mécanismes de tenségrité ont été étudiés plus récemment pour leurs propriétés prometteuses en robotique telles que la faible inertie, la souplesse naturelle et la capacité de déploiement. Un mécanisme de tenségrité est obtenu lorsqu’un ou plusieurs éléments sont actionnés, dans notre cas par des câbles. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet AVINECK, auquel participent des biologistes et des roboticiens dans un but double : avoir une meilleure compréhension de la nature et des cous d’oiseaux, et également de s’inspirer de la nature afin de concevoir des manipulateurs bio-inspirés innovants. En premier lieu, une étude a été menée sur la cinématique des vertèbres d’oiseaux. Une modélisation des contacts entre surface articulaire a permis de reconstruire en 3D le mouvement d’une vertèbre d’oiseau quelconque par rapport à une autre, à partir de scans 3D de vraies vertèbres. Ensuite, plusieurs mécanismes simples ont été comparés afin de déterminer le meilleur candidat à la modélisation de la cinématique des cous d’oiseaux. En second lieu, deux mécanismes de tenségrité à 1 degré de liberté (DDL) potentiellement intéressants pour la modélisation de cous d’oiseaux et la réalisation de manipulateurs ont été modélisés. A partir d’une démarche de conception optimale, deux mécanismes optimaux selon un critère donné ont été dimensionnés, puis comparés afin de déterminer le mécanisme le plus intéressant d’un point de vue conception de manipulateurs. Le mécanisme à 1 DDL retenu a été un anti-parallélogramme actionné de manière antagoniste, appelé mécanisme en X. Un prototype de manipulateur à 2 DDL a ensuite été conçu et réalisé. Une étude du modèle géométrique d’un tel manipulateur a mis en évidence des phénomènes intéressants comme le comportement cuspidal du robot sous certaines conditions. Une étude cinéto-statique du manipulateur a ensuite été effectuée. Le comportement du manipulateur dépendant fortement de la stratégie d’actionnement, celles-ci ont été énumérées et certaines d’entre elles comparées. Les résultats obtenus ont été vérifiés et mis en évidence sur un prototype. Enfin, la modélisation de manipulateurs plans a été étendue aux manipulateurs à N DDL. Un modèle dynamique complet a été obtenu, et une démarche de conception a été menée afin d’obtenir les dimensions et spécifications d’un manipulateur plan bio-inspiré à 10 DDL.

Mots-clés : Bio-inspiration, Cinétostatique, Tenségrité, Robotique, Conception optimale

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Abstract: A tensegrity structure is an assembly of elements in compression (bars) and elements in tension (cables, springs) held together in equilibrium. Tensegrity has been known in architecture and art for more than a century and is adapted to the modeling of living organisms. More recently, tensegrity mechanisms have been studied for their promising properties in robotics such as low inertia, natural flexibility and deployment capability. A tensegrity mechanism is obtained when one or more elements are actuated, in our case by cables. This thesis is part of the AVINECK project, in which biologists and roboticians are involved with a dual goal: to have a better understanding of nature and bird necks, and also to draw inspiration from nature in order to design innovative bio-inspired manipulators. First, a study was conducted on the kinematics of bird vertebrae. A modeling of the contacts between articular surfaces allowed to reconstruct in 3D the movement of any bird vertebra with respect to another, based on 3D scans of real vertebrae. Then, several simple mechanisms were compared in order to determine the best candidate for modeling the kinematics of bird necks. Secondly, two 1-degree of freedom (DDL) tensegrity mechanisms potentially interesting for bird neck modeling and manipulator realization were modeled. Starting from an optimal design approach, two optimal mechanisms according to a given criterion were dimensioned and then compared in order to determine the most interesting mechanism from a manipulator design point of view. The 1 DDL mechanism chosen was an antagonistically actuated anti-parallelogram, called the X mechanism. A prototype of a 2 DDL manipulator was then designed and built. A study of the geometrical model of such a manipulator revealed interesting phenomena such as the cuspidal behaviour of the robot under certain conditions. A kinetostatic study of the manipulator was then carried out. As the behavior of the manipulator strongly depends on the actuation strategy, these were listed and some of them were compared. The results obtained were verified and highlighted on a prototype. Finally, the modeling of plane manipulators was extended to N DDL manipulators. A complete dynamic model was obtained, and a design process was carried out to obtain the dimensions and specifications of a 10 DDL bio-inspired planar manipulator.

Keywords: Bio-inspiration, Kinetostatic, Tensegrity, Robotics, Optimal design

Soutenance de thèse de Swaminath VENKATESWARAN (équipe ReV)

Swaminath Venkateswaran, ancien doctorant au sein de l’équipe ReV, a soutenu sa thèse intitulée « Conception d’un robot bio-inspiré pour l’inspection des canalisations« / « Design of a bio-inspired robot for the inspection of pipelines »

mercredi 4 novembre 2020 à 10h en visio sur https://ec-nantes.zoom.us/j/96080595653 .

Jury :
– M. Belhassen Chedli BOUZGARROU, Professeur d’université, SIGMA Clermont, Clermont Ferrand, France
– M. Damien CHABLAT, Directeur de recherché, Ecole Centrale de Nantes, Nantes, France
– M. Olivier COMPANY, Maître de conférences, Université Montpellier, Montpellier, France
– M. Pierre MORETTO, Professeur d’université, Université de Toulouse-III, Toulouse, France
– M. Ramakrishnan RAMACHANDRAN, Associate Professor, Vellore Institute of Technology, Inde
– M. Pierre RENAUD, Professeur d’université, INSA, Strasbourg, France
– Mme. Margot VULLIEZ, Maîtresse de conférences, Université de Poitiers, Poitiers, France

Résumé : Les robots d’inspection de canalisations jouent un rôle important dans des industries telles que le nucléaire, la chimie et les eaux usées. Ils peuvent opérer avec précision dans un environnement irradié ou pollué, réduisant ainsi les risques pour les humains. Cette thèse porte sur la conception d’un robot bio-inspiré pour l’inspection des canalisations. La thèse commence par l’étude du cas d’un robot d’inspection bio-inspiré rigide qui a été développé au LS2N, France pour AREVA. Des modèles statiques et dynamiques sont développés pour comprendre les forces de serrage et les couples des actionneurs du robot. Des validations expérimentales sont également effectuées sur le prototype pour interpréter les forces d’actionnement en temps réel. Pour améliorer sa mobilité, l’architecture du robot est rendue flexible par l’ajout d’un mécanisme de tenségrité. Deux types de mécanismes de tenségrité sont proposés et analysés avec des méthodes algébriques pour comprendre leurs limites d’inclinaison et pour connaître l’influence des paramètres de conception. Des expériences sont réalisées sur l’un des prototypes des mécanismes de tenségrité développés au LS2N avec deux types de trajectoire en positions horizontale et verticale. Ensuite, une optimisation est réalisée pour identifier les moteurs qui peuvent permettre du robot d’inspection de canalisation flexible de passer les coudes et les jonctions pour une plage donnée de diamètres de tuyaux. Une maquette numérique du robot flexible est réalisée dans un logiciel de CAO.

Mots-clés : Inspection de la canalisation, robots bio-inspirés, tenségrité, singularités, optimisation

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Abstract: Piping inspection robots play an important role in industries such as nuclear, chemical and sewage. They can perform the assigned task with better accuracy and at the same time, they can operate within an irradiated or a polluted environment thereby reducing the risks for humans. This doctoral thesis focuses on the design of a bio-inspired robot for the inspection of pipelines. The thesis begins with the case study of a rigid bio-inspired piping inspection robot which was developed at LS2N, France for a project with AREVA. Static and dynamic force models are developed to understand the clamping forces and the torques on the actuators of the robot. Experimental validations are then done on the prototype to interpret the real-time actuator forces. In order to improve mobility, the robot architecture is made flexible by the addition of a Tensegrity mechanism. Two types of Tensegrity mechanisms are proposed and analyzed using algebraic methods to understand their tilt limits and to identify the influences on the design parameters. Experiments are performed on one of the prototypes of the Tensegrity mechanism developed at LS2N for two types of trajectories in the vertical and horizontal orientations. An optimization approach is then being implemented to identify the sizes of motors that can permit the flexible piping inspection robot to overcome bends and junctions for a given range of pipeline diameters. A digital model of the flexible robot is then realized in CAD software.

Keywords: Piping inspection, Bio-inspired robots, Tensegrity, Singularities, Optimization

Soutenance de thèse de Renald GABORIAU (équipe ReV)

Renald Gaboriau, doctorant au sein de l’équipe ReV, soutiendra sa thèse intitulée « Les ateliers Rob’Autisme : le robot extension comme médiation thérapeutique auprès des personnes présentant un trouble du spectre autistique » / « The Rob’Autism groups : the extension robot as a therapeutic mediator for people with Autism Spectrum Disorder »

mercredi 23 septembre 2020 à partir de 16h00 en visio-conférence à l’École Centrale de Nantes.

Jury :
– Directrice de thèse : SAKKA Sophie, Maître de conférences HDR, École Centrale de Nantes
– Co-directeur de thèse : ACIER Didier, Professeur des universités, Université de Nantes
– Rapporteurs : DEVILLERS Laurence, Professeur des universités, Sorbonne Université / RABEYRON Thomas, Professeur des universités, Université de Lorraine
– Examinateurs : CHETOUANI Mohamed, Professeur des universités, Sorbonne Université / HAZA Marion, Maître de conférences HDR, Université de Poitiers

Résumé : L’utilisation des robots comme médiation thérapeutique pour les personnes présentant un Trouble du Spectre Autistique (TSA) est une pratique en plein essor. C’est en effet une méthode encourageante pour favoriser le développement de compétences sociales. De nombreuses expériences sont actuellement menées. Cependant, dans toutes les approches existantes, le paradigme du robot-compagnon est utilisé : le robot est programmé pour présenter des comportements pré-établis. Le projet Rob’Autisme propose une approche alternative : le robot est utilisé comme extension pour faire ou dire des choses. Les sujets présentant un TSA le programment et, par son truchement, agissent librement sur leur environnement social. De plus, ce projet inclut l’idée qu’ils pourront ensuite interagir avec les autres sans le robot. Cette thèse vise à comprendre l’intérêt de cette approche et évaluer les effets de la participation sur les interactions sociales. Durant deux ans, des groupes avec six adolescents ont été organisés et analysés à partir de méthodes quantitatives et qualitatives. Ces analyses montrent que cette approche favorise la tendance à aller vers les autres et interagir avec eux. Ce résultat est en outre généralisé à l’extérieur.

Mots-clés : Projet Rob’Autisme, robot-extension, autisme, groupe thérapeutique, médiation thérapeutique

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Abstract: The use of robots as a therapeutic mediator for peolple with Autism Spectrum Disorder (ASD) is a topic which tends to develop. Indeed, it is a promising method to promote the development of social skills. Many experiments are carried out currently. But in all existing approaches, the companion robot paradigm is used : the robot is programmed to present some pre-established behaviors. Rob’Autism Project propose an alternative approach : the robot is used as an extension for doing or talking things. The autistic subjects program it and therefore act on the social environment freely. This project includes ideas that they will be able to interact with the others without the robot. This thesis aims to understand the interest of this approach and asses the effects of participation on the social interactions. During two years, groups have been set up and analyzed with quantitative and qualitative methods. These analysis show that this approach favors the tendency to go towards the others and interact with them. This result is generalized outside the group.

Keywords: Rob’Autism Project, extension-robot, autism, group therap, therapeutic mediator

Soutenance de thèse de Qiuyue LUO (équipe ReV)

Qiuyue Luo, doctorante au sein de l’équipe ReV, soutiendra sa thèse intitulée « Marche Bipède 3D Auto-Stabilisante » / « Self-stabilization of 3D walking of a biped robot »

jeudi 18 juin 2020 à 10h en visioconférence.

Jury :
– Rapporteurs : Olivier STASSE (Directeur de recherche, CNRS, LAAS, Toulouse), Andrea CHERUBINI (MC HDR, Associate Professor – LIRMM Université de Montpellier)
– Examinateurs: Jean Paul LAUMOND (Directeur de recherche CNRS émérite), Yannick AOUSTIN (Professeur Université de Nantes), Claude MOOG (Directeur de recherche CNRS)
– Directrice de thèse: Christine CHEVALLEREAU (Directrice de recherche CNRS)

Résumé : Les robots humanoïdes, bien adaptés pour évoluer dans le milieux humains, peuvent avec leurs bras et mains effectuer des tâches complexes. Ils peuvent être considérés comme l’un des robots ultimes. Cependant, la marche bipède reste un phénomène complexe qui n’a pas été entièrement compris.
La thèse est consacrée à trouver quelques caractéristiques physiques qui peuvent expliquer la stabilité de la marche périodique sur le sol horizontal. Dans la marche humaine, la démarche est généralement exprimée en fonction d’une variable de phase fondée sur l’état interne au lieu du temps. Les variables commandées (trajectoires du pied libre, oscillation verticale du centre de masse (CdM), mouvement du haut du corps, etc.) des robots ont une évolution désirée exprimée en fonction d’une variable de phase via l’utilisation de contraintes virtuelles et la durée des pas n’est pas explicitement imposée mais implicitement adaptée en présence de perturbations.
Dans la première partie, un modèle simplifié du robot: le modèle du pendule inversé linéaire (LIP) est utilisé pour étudier les stratégies de commande. L’influence du placement du pied libre sur le sol et les conditions de changement de jambe d’appui, en fonction du temps ou de l’état interne du robot sont étudiées. Il est montré que l’auto-synchronisation peut être obtenue lorsque la condition de transfert de la jambe d’appui est fondée sur une combinaison linéaire des positions du CdM le long des axes sagittal et frontal. De plus, l’auto-stabilisation peut être obtenue lorsque la vitesse du CdM dans le plan sagittal est prise en compte.
Afin d’analyser l’influence de l’oscillation verticale du CdM du robot sur la stabilité de marche, le modèle de pendule inversé de longueur variable (VLIP) est utilisé. Il est démontré que l’oscillation verticale du CdM, le placement du pied libre et le choix de la condition de transfert jouent un rôle crucial dans la stabilité.
Dans la dernière partie un nouveau modèle de marche, nommé le modèle essentiel est proposé. Il a la même dimension que le modèle 3D LIP mais il prend en compte la dynamique complète de l’humanoïde. Le modèle essentiel définit la dynamique de la position horizontale du CdM en fonction d’une trajectoire souhaitée du zéro moment point (ZMP). Les trajectoires de référence des variables commandées sont définies en fonction des états internes du robot et/ou d’informations externes, générant ainsi des modèles à des fins différentes. La stratégie de commande proposée pour les modèles LIP et VLIP est étendue à travers le modèle essentiel pour commander un modèle humanoïde complet.

Mots-clés : Humanoid and bipedal locomotion, passive walking, dynamic stability, hybrid systems, modeling


Abstract: Humanoid robot, which can walk by two legs and perform skillful tasks using both arms with hands, could be considered as one of the ultimate robots. However, bipedal walking remains a complex phenomenon that has not been fully understood.
The thesis is dedicated to find some physical insights that can explain the stability of periodic walking on horizontal floor. In human walking, the gait is usually expressed as a function of a phasing variable based on the internal state instead of time. The controlled variables (swing foot trajectories, vertical oscillation of center of mass (CoM), upper body motion, etc.) of the robots are based on a phasing variable via the use of virtual constraints and the step timing is not explicitly imposed but implicitly adapted under disturbances.
In the first part, a simplified model of the robot: the linear inverted pendulum (LIP) model is used to study control strategies. Landing positions of the swing foot, and conditions to switch the stance leg, based on time or on the internal state of the robot are studied. It is shown that self-synchronization can be obtained when the switching condition of the stance leg is based on a linear combination of the positions of the center of mass (CoM) along the sagittal and frontal axes. Moreover, self-stabilization can be obtained when the velocity of the CoM in the sagittal plane is taken into account
In order to analyze the influence of the vertical oscillation of the robot CoM on walking stability, the variable length inverted pendulum (VLIP) model is used. It is shown that the vertical CoM oscillation, the landing positions of the swing foot and the choice of the switching condition play a crucial role in stability.
In the last part, the essential model is proposed, which is a novel model for walking that has the same dimension as the 3D LIP model but considers the complete dynamics of the humanoid. The essential model defines the dynamics of the horizontal position of the CoM as a function of a desired trajectory of the ZMP. Reference trajectories of the controlled variables are defined based on the internal states of the robot and possible external information, thereby generating models for different purposes. The proposed control strategy for the LIP and VLIP models is extended through the essential model to control a complete humanoid model.

Keywords: Humanoid and bipedal locomotion, passive walking, dynamic stability, hybrid systems, modeling

 

Participation du LS2N à Futurobot (le train de la robotique) 2020

Dans le cadre de la compétition internationale en robotique « RoboCup 2020″  organisée à Bordeaux et de la conférence ICRA à Paris, le CNRS et la communauté de la recherche française en robotique proposent FutuRobot, une série de rendez-vous de diffusion de la culture scientifique partout en France, de mars à juin 2020.

Jeudi 9 avril 2020, le « train de la robotique » s’arrêtera à l’Ecole Centrale où plusieurs de nos collègues animeront des mini-conférences en direction du grand public :

  • Un sens bio-inspiré pour la robotique sous-marine : le sens électrique – Frédéric BOYER (équipe ReV)

Malgré les progrès de la robotique, il est encore impossible aujourd’hui à nos robots sous-marins de se déplacer dans des espaces confinés baignées par des eaux troubles, voir boueuses. Ceci est essentiellement dû au fait qu’il n’existe pas de capteurs capables de percevoir l’environnement dans ces conditions. Aussi, l’idée est venue de s’inspirer de certains poissons ayant développé au cours de l’évolution, un mode original de perception nommé « sens électrique ». Ces poissons sont en effet capables d’émettre un champ électrique dans leur environnement proche dont les perturbations par les obstacles sont ressenties par leur peau électro-sensible. Dans cet exposé, qui relève de la robotique bio-inspirée, nous verrons comment il est possible de reproduire le sens électrique et d’en équiper des robots sous-marins capables de naviguer dans les eaux troubles saturées d’obstacles.

  • Médiation robotique et handicap cognitif – Sophie SAKKA (équipe ReV)

Un robot est un médiateur intermédiaire entre un objet inerte et un être animé, simplifié, auquel notre imaginaire peut donner vie. Cette caractéristique paradoxale en fait un outil particulièrement efficace pour l’accompagnement thérapeutique de personnes en situation de handicap cognitif, les amenant dans un monde où elles peuvent être en même temps actrices et spectatrices de leurs actions. L’interaction avec les machines étant acceptée quand celle avec les humains est difficile ou en échec, il est alors possible d’amplifier considérablement les effets d’une thérapie. Reste à comprendre quels mécanismes psychiques le robot permet d’actionner chez les être humains, et comment définir son apparence, ses caractéristiques et son usage pour améliorer les effets. Des exemples d’expériences menées avec des adolescents présentant des troubles du spectre autistique ou des personnes souffrant de la maladie d’Alzheimer seront discutés pour illustrer les possibilités qu’offre cette nouvelle technologie dans le cadre de l’accompagnement thérapeutique.

  • Les drones – Isabelle FANTONI (équipe ARMEN)

Les technologies ayant considérablement évoluer, on assiste à l’explosion de nouveaux mini-robots aériens évoluant dans des contextes de plus en plus variés dans le monde civil pour principalement des applications de surveillance, mais la liste des applications s’élargit au fil des années. On ne verra plus un drone, mais des flottes, des drones équipés de bras manipulateur, changeant de configuration en vol, pourquoi pas des drones écologiques.
Il s’agira d’expliquer l’ascension fulgurante des drones, leurs applications, en quoi ils sont des robots au service d’opérateurs, l’humain étant toujours dans la boucle. Puis, l’exposé permettra d’expliquer son fonctionnement en vol en termes de commande et de capteurs. Il répondra à la question: comment et pourquoi vole un drone ? Une relation avec la bio-inspiration (vol d’oiseaux, insectes) pourra aussi être mise en évidence.

  • La marche bipède et intelligence incarnée – Christine CHEVALLEREAU (équipe ReV)

Pourquoi ?
– Déplacement de robot humanoïde dans des environnements adaptés à l’homme : maison, entreprise, robotique de service, d’assistance, collaboration avec l’humain
– Application médicale : orthèse, prothèse
– Exosquelette pour limiter les TMS ou augmenter les possibilités humaines
Pourquoi c’est difficile ?
– Quelques réussites mais beaucoup d’échecs alors que c’est perçu par l’humain comme facile (il a appris en 1 an …)
– Prise en compte des mouvements du corps et leur interaction avec l’environnement
– Unilatéralité du contact avec le sol, on se tord facilement la cheville.
– Difficulté liée à la taille du pied mais on peut marcher avec un contact ponctuel (échasse), suite de déséquilibres
Beaucoup de travaux et d’approches, d’objectif différents, ici : marche confortable sur terrain parfait qui ne demande pas d’attention, approche « mécanicienne ».
Inspiration : bonne adéquation du corps à la tâche : intelligence incarnée
– Ici : la marche passive
– Importance de la gravité, moteur de la marche
– Faible pente, consommation d’énergie faible (exemple 2D, 3D), parfaite adaptation de la structure mécanique à la tâche
– Extension à la marche sur sol plan (robots : ranger, denise …)
– Limitation :  mécanique (tronc), faible robustesse
Adaptation :
– les actionneurs servent à la coordination des articulations, le « moteur » de la marche reste la gravité.
– Commande de Rabbit via les contraintes virtuelles, séquence de photos (coordination articulaire), évolution temporelle libre (liée à la gravité, effet de l’inclinaison du tronc), importance de l’évolution verticale du CoM pour la stabilité
– Extension à la marche 3D

Le projet Avineck sur France 5

Le 6 février 2020, « La quotidienne » de France 5 a consacré son émission au Biomimétisme ou « comment la nature inspire les objets du quotidien ? ».

Anick Abourachid, professeure de morphologie fonctionnelle au MNHN, a présenté sa collaboration avec l’équipe ReV du LS2N dans le cadre du projet ANR AVINECK.

Les cous des oiseaux, dont le nombre de cervicales est compris entre 10 et 26, inspirent les roboticiens par leur grande souplesse, leur légèreté et leur flexibilité. L’étude du comportement des vautours en particulier a permis la réalisation de prototypes par le LS2N. Les propriétés recherchées sont la précision, la légèreté et la faible consommation énergétique, avec une application au bras robotique articulé chirurgical.

Création du GDR 2088 « Biomimétisme et Bioinspiration » BIOMIM

Le CNRS (section 11 du Comité national) a approuvé la demande de création du GDR2088 « Biomimétisme et Bioinspiration » BIOMIM à compter du 1er janvier 2020 pour une période de 5 ans.

  • Directeur : Frédéric Guittard, Université Nice Côte d’Azur
  • Directeur adjoint : Damien Chablat (équipe ReV)

Les domaines scientifiques de ce GDR vont de la chimie à la physique en passant par la physicochimie, la biologie ou la robotique mais dont l’ensemble des acteurs se rejoignent pour parler d’un même défi. L’originalité de la démarche est donc l’imbrication de l’ensemble de ces domaines pour servir des axes ou défis scientifiques. Ce GDR se veut avant tout interdisciplinaire. Les défis scientifiques et défis sociétaux ont été établis à la suite de la concertation avec l’ensemble des chercheurs et laboratoires de recherche concernés.

Les défis scientifiques :

  • Sentir, ressentir, percevoir (capteur, biocapteur, reconnaissance, intégration du signal dans matière, …)
  • Processus de transformation biomimétique, biosynthèse, processus naturel, …
  • Déplacement, mouvement (robot, insecte artificiel, biorobotique, biomécanique, furtivité, …)
  • Structure (nano, micro, macro, autoassemblage 2D-3D, architecture moléculaire, système poreux, hybride poreux, membrane, bio-squelette, surface LbL, miniaturisation, métamatériaux, méta-surface, protection, blindage, allègement des structures…)
  • Catalyseur, processus catalytique (enzyme protéine, …), énergie et stockage (photosynthèse, biopile…)
  • Matériaux bioinspirés (Biopolymères, polymères biosourcés, polymères ioniques, chimie marine, biocolle, emprunte moléculaire, …)
  • Biomatériaux (biofilm, antibactérien, biocontaminant, ingénierie des tissus, capteurs bioinspirés, bio-impression 3D, …)

Les défis sociétaux :

  • Mobilité (déplacement, transport, mouvement, …)
  • Habitat (matériaux, fluide, écoulement fluide, contrôle, régulation, structure)
  • Santé (Antibactérien, biofilm, …)
  • Energie (production, procédé, stockage, …)
  • Ville intelligente (capteur, autorégulation, intégration signal, traitement donnée, …)
  • Communication et traitement du signal
  • Environnement (bioressource, biopolymère, dégradation, pollution, écosystème …)

Retour sur le salon « Bio’mim Expo » à la Villette

Matthieu Furet, doctorant en 3ème année sous la direction de Philippe Wenger dans l’équipe ReV, a participé fin octobre avec Anick Abourachid du MNHN au salon « Bio’mim Expo » à la Villette à Paris, pour faire de la diffusion autour du projet ANR « Avineck ».

Ce salon, qui s’adresse surtout aux entreprises qui s’inspirent de la nature pour innover (biomimétisme) connaît une forte fréquentation, avec près de 4000 visiteurs.

Matthieu et Anick Abourachid ont pour leur part participé au « Bio’mim Lab show » : en 30 minutes, sur une scène au milieu du salon, ils ont présenté et échangé sur leurs thématiques de recherche devant une vingtaine d’auditeurs.
Anick a d’abord essayé de déconstruire les idées reçues sur les cous des oiseaux en expliquant que tous les oiseaux ont un long cou caché sous les plumes. Puis elle a montré les propriétés intéressantes des oiseaux (performances cinématiques, dynamiques). Matthieu a enchaîné en expliquant que ces performances intéressent les roboticiens, d’où l’idée de cette collaboration. Il a parlé de ses travaux pour la conception de robots innovants s’inspirant de la nature, et a fait une démonstration avec le prototype. Son sujet de thèse s’inscrit dans cette problématique : Modéliser et concevoir des systèmes robotiques innovant s’inspirant des cous d’oiseaux et utilisant le principe de tenségrité.

Soutenance de thèse de Konstantin AKHMADEEV (équipes ReV et SIMS)

Konstantin Akhmadeev, doctorant au sein des équipes ReV et SIMS, soutiendra sa thèse intitulée « Modèles probabilistes fondés sur la décomposition d’EMG pour la commande de prothèses »

mercredi 20 novembre 2019 à 14h, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :

  • Directeur thèse : AOUSTIN Yannick
  • Co-encadrant : LE CARPENTIER Eric
  • Rapporteurs :  SERVIERE Christine (CR CNRS, GIPSA), MARIN Frédéric (BMBI, U Compiègne)
  • Examinateurs : FARINA Dario (Imperial College London), PEREON Yann (Institut du Thorax), NORDEZ Antoine (EA 4334, U Nantes)

Résumé :
Le pilotage moderne de prothèse robotisée de bras peut être sensiblement amélioré par l’utilisation de la décomposition d’EMG. Cette technique permet d’extraire l’activité des motoneurones de la moelle épinière, une représentation directe de la commande neuronale. Cette activité, qui est insensible aux facteurs non-liés au mouvement, tels que le type ou la position d’électrode EMG, est essentielle pour le pilotage des prothèses.
Cependant les méthodes de décomposition existantes ne fournissent que l’activité d’un nombre limité de motoneurones. Cette information peut être considérée insuffisante pour en inférer l’intention de l’utilisateur. Dans ce travail, nous présentons une approche probabiliste qui utilise les modèles existants de la relation entre les activités des motoneurones et le mouvement. Nous comparons cette approche à une approche plus conventionnelle et montrons qu’elle fournit de meilleurs résultats même quand elle est alimentée avec un nombre très bas de motoneurones décomposés.
Pour évaluer sa performance dans un environnement contrôlé, nous avons développé un modèle physiologique de simulation d’EMG et de contraction de muscle. De plus, une analyse sur les signaux expérimentaux a été réalisée.

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Abstract:
Modern prosthetic control can be significantly enhanced due to the use of EMG decomposition. This technique permits to extract the activity of motor neurons that control the movement, thus giving a direct representation of neural command. This activity, being unaltered by factors non-related to motion, such as type and position of EMG electrode, is of great interest in prosthetic control.
Existing real-time decomposition methods, however, provide activities of a very limited number of motor neurons (up to ten). This can be considered insufficient for intent inference. In this work, we present a probabilistic approach to intent inference that uses existing models of relations between the behavior of motor neurons and the movement. We compare our approach with a conventional one presented in the literature and show that it produces significantly better results when provided with a small number of decomposed motor neurons.
To assess its performance in a fully controlled environment, we have developed a physiology-based simulation model of EMG and muscle contraction. Moreover, the analysis was also performed using experimental recordings of muscle contractions.

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