Depuis longtemps, les scientifiques et ingénieurs s’intéressent à la façon dont les poissons nagent et se déplacent collectivement. Grâce à l’élasticité de leur colonne vertébrale, ils arrivent à produire un mouvement de déformation de la tête au pied, ou plutôt… de la tête à la queue ! C’est ce que l’on nomme la locomotion ondulatoire. Ce mode de locomotion permet une bonne manœuvrabilité, une grande efficacité énergétique et une vitesse de nage rapide. L'objectif de l'ambitieux projet SUBOT est de reproduire ces mécanismes dans des systèmes artificiels, comme les robots sous-marins autonomes, dotés des performances locomotrices ondulatoires similaires à celles des poissons !
Nager comme un poisson dans l’eau !
Grâce à l’élasticité de leur colonne vertébrale, ils arrivent à produire un mouvement de déformation de la tête à la queue, c’est ce que l’on nomme la locomotion ondulatoire.
Ce mode de locomotion permet une bonne manœuvrabilité, une grande efficacité énergétique et une vitesse de nage rapide.
Un autre fait notable, en général, les poissons vivent en bancs denses, sans hiérarchie apparente. Les avantages évolutifs
d'un tel comportement sont une meilleure défense contre les prédateurs et des économies d'énergie. Chaque poisson profitant du flux généré par ses voisins.
Les chercheurs impliqués dans le projet SUBOT vise à implémenter ces mécanismes dans des systèmes artificiels tels que robots sous-marins autonomes afin de reproduire des performances locomotrices ondulatoires similaires. Pour parvenir à une telle transposition est difficile, une bonne compréhension de la mécanique des fluides de la nage ondulatoire et de la scolarisation est indispensable.
SUBOT, est ainsi un projet résolument interdisciplinaire dédié à l'étude des problèmes non résolus de la nage ondulatoire et de l'hydrodynamique.
Ses principaux objectifs sont de modéliser la locomotion de la nage ondulatoire, en prenant en compte les déformations élastiques, les effets non-linéaires, la capture précise des viscères et les interactions entre les nageurs. Au niveau technologique, le défi est de mettre en œuvre un nageur robotique biomimétique. Quant au niveau des applications, l'idée est de concevoir et fabriquer de nouvelles palmes de natation efficaces. Elles seront testées par des nageurs de championnats du monde !
Afin de relever ces défis, des expériences sont prévues dans des canaux hydrodynamiques sur des systèmes simplifiés, parallèlement à la modélisation théorique et des simulations numériques de haute performance.
Le projet SUBOT prévoit donc de s'attacher à l'ensemble des problématiques suscitées par la nage ondulatoire. Grâce aux recours de la modélisation de la locomotion dans un fluide, un nageur robotique biomimétique pourra être conçu tour comme la fabrication de nouvelles palmes de natation plus efficaces.
Des brevets à la clé
SUBOT intègre donc trois approches complémentaires : théorie, expériences, modélisation numérique, en vue d'aboutir à de solides avancées technologiques et scientifiques sur les sujets étudiés dans ce projet.
Bien que ce projet relève des défis au niveau fondamental, deux entreprises privées ont rejoint le consortium qui mobilise aussi bien des universitaires qui travailleront sur la recherche fondamentale que des ingénieurs qui se focaliseront sur les produits finaux dérivés de ces études.
Les connaissances et l'expertise créées pour l'étude de la natation peuvent être transférées à l'industrie pour fournir des des percées technologiques. Ainsi, l'entreprise k-Epsilon, experte en dynamique des fluides computationnelle, testera son algorithme maison pour l'étude des fluides et sera un partenaire précieux pour la simulation de géométries complexes à un nombre de Reynolds élevé.
Quant à l'entreprise Breier, leader dans le domaine des palmes de natation de haute performance, est impatiente de concevoir et de fabriquer des palmes de haute qualité.
Du point de vue industriel, le consortium prévoit donc de développer des brevets.
Grâce aux deux sociétés et les partenaires académiques impliqués, SUBOT sera en mesure de développer des brevets et de nouveaux produits innovants comme des palmes de plongée autorésonnantes.
Au-delà de son impact sur le monde économique et industriel, le projet SUBOT promet d'offrir également une belle visibilité à Université Côte d'Azur (UCA) grâce à un rayonnement dans la presse locale et nationale et la divulgation de ses résultats dans des études scientifiques de haut niveau (Nature, PNAS…).
Un article sur ce sujet a d’ailleurs déjà fait l’objet d’une publication dans le magazine « La Recherche » en 2015 et lui a valu le prix "coup de coeur" et deux autres articles sont parus en juin 2021 : https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20210610a/full/ ; https://physics.aps.org/articles/v14/s69.
| L'Académie Systèmes Complexes a octroyé un financement de 47k€ au projet SUBOT en vue de cofinancer un post doctorant pendant un an pour soutenir les activités expérimentales et numériques et pour soutenir les différents besoins matériels (camera spécifique, queue musculaire biomimétique) afin de mener à bien les expériences prévues. |