Modélisation par affordances de l’atterrissage de l’abeille

Description

Alors qu’il est encore impossible pour les micro-aéronefs de quelques grammes d’apponter de manière autonome, les abeilles réalisent avec aisance cette manœuvre sur des fleurs en mouvement. Plus que d’une meilleure motricité, cette prouesse résulterait surtout de l’utilisation d’un mécanisme efficient de contrôle visuel du comportement. Nos études préalables en virtualité augmentée sur l’appontage d’hélicoptère sur des frégates suggèrent que la perception visuelle des possibilités d’atterrissage (i.e., affordance d’appontabilité) est un principe efficient à la fois pour décider si l’atterrissage est possible, mais aussi pour plus facilement contrôler et effectuer la tâche avec succès. Dans ce sujet de stage, nous questionnerons donc l’hypothèse de la perception d’affordance chez les abeilles, que nous testerons de façon comportementale, mais aussi via des simulations. Pour cela, des abeilles identifiées par RFID seront entraînées à atterrir sur une fleur artificielle motorisée. Ce dispositif expérimental est déjà construit au sein de l’équipe. Leur vol sera filmé en 3D tandis que seront manipulés le mouvement de la fleur et le poids de l’abeille. À partir de ces vols filmés, il s’agira de mieux comprendre quels sont les indices visuels utilisés pour évaluer les possibilités d’atterrissage et de modéliser le mécanisme de régulation du mouvement d’« appontage ». D’un point de vue fondamental, ces expérimentations permettront d’infirmer/confirmer l’hypothèse d’un mécanisme de contrôle visuel inter-espèces. D’un point de vue appliqué, les simulations développées ouvriront la voie a de nouveaux mécanismes de contrôle visuel bio-fidèle en robotique.

Profil recherché

Techniques utilisées
• Paradigme expérimental : chambre de vol possédant une fleur artificielle dont on manipulera le mouvement ; Caméras + reconstitution 3D de trajectoires ; Marquage RFID des abeilles.
Compétences requises
• Ethologie, Entomologie, Psychologie Expérimentale, Neurosciences Visuelles et Comportementales ;
• Statistiques (descriptive, inférentielle, modèles mixtes…), maîtrise du logiciel R/Rstudio serait un plus ;
• Des compétences en programmation. La connaissance des langages Matlab/Python serait un plus ;
• Bon niveau en anglais : e.g., TOIEC > 830, étudiant.e motivé.e par une poursuite en thèse (AAP thèse IDEES 2024 -->> https://www.defense.gouv.fr/aid/theses/appels-a-projets/appel-a-projets-theses-idees-2023).

Établissement d'accueil

L’équipe Systèmes Bio Inspirés (SBI) de l’Institut des Sciences du Mouvement – Etienne-Jules Marey (CNRS/Aix Marseille Université, ISM UMR7287) a pour objectif de proposer des ruptures scientifiques de la compréhension du vivant à l’innovation en ingénierie. Une approche biomimétique est utilisée pour étudier une grande palette de sujets : le vol battu des insectes, l’ostéogénèse, la morphogénèse des articulations, les articulations souples, les actionneurs biologiques ou encore les processus perceptifs et cognitifs chez les animaux. Les applications de ces recherches, outre la compréhension de la nature, permettent de proposer des solutions frugales, durables et résilientes à des problèmes actuels d’ingénierie : la conception de structures légères, de liaisons souples ou articulées, d’actionneurs multi-échelles, de nouveaux capteurs, de robots autonomes ; ou bien encore le traitement de troubles sensorimoteur par des prothèses robotisées.

Mots clés : Systèmes mécaniques et robotiques, Mécanismes, Dynamique et contrôle des systèmes, Neuroéthologie, Comportement animal, Perception, Sensorimotricité, Biomimétisme, Bioinspiration, Biomimétique, Biorobotique, bionique, Robotique bio-inspirée.

Le projet de l’équipe SBI, sous la responsabilité de Jean-Marc LINARES (PR, AMU) et Stéphane VIOLLET (DR, CNRS), s’articule autour de deux axes scientifiques :

Axe « Biorobotique » ; Resp. : Julien Serres (MCF-HDR, AMU)
L’axe « Biorobotique » développe des projets scientifiques interdisciplinaires autour de la conception et de la réalisation de robots et de capteurs bio-inspirés. Le couplage entre la structure du robot et son système perceptif biomimétique permettent aux robots de faire émerger des stratégies de navigation plus résilientes aux perturbations et aléas liés aux environnements réels d’intérieurs et d’extérieurs dans lesquels ils évolueront.

Les travaux de recherche de l’axe « Biorobotique » sont orientés autour de trois problématiques scientifiques :

– Navigation sans GPS et locomotion bio-inspirées
– Perception pour la robotique et prosthétique patient-spécifique
– Agilité et résilience

Axe « Mécanismes bio-inspirés » ; Resp. : Julien Chaves-Jacob (MCF-HDR, AMU)
L’axe « Mécanismes bio-inspirés » développe de nouveaux algorithmes de conception pour l’industrie du futur dans les domaines de la mécanique et de la biomécanique. En parallèle, les modèles biomimétiques développés permettent de tester les performances des solutions biologiques.

Les travaux de recherche de l’axe « Mécanismes bio-inspirés » sont orientés autour de trois thématiques de recherche :

– Structure de pièces bio-inspirée des os longs,
– Liaisons mécaniques bio-inspirées de la morphogenèse,
– Actionneurs et dissipateurs bio-Inspirés.