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Ce n'est pas parce que nous sommes traités

comme des chiens

qu'il faut en vouloir aux rats !

Psykharpax: un rat artificiel par upmcdircom

By

Claire

– 10 mars 2011

L’objectif principal du projet Psikharpax est de reproduire avec le robot la plupart des mécanismes étudiés chez le rat, en particulier les mécanismes neurobiologiques (liés au fonctionnement de son cerveau), pour aider les biologistes à mieux les comprendre.

Le projet du robot rat Psikharpax a été initié par Jean-Arcady Meyer, Directeur des recherches à l’Institut des systèmes intelligents et de robotique (ISIR) au CNRS et financé par le programme Robea du CNRS puis par IST Cognitive Systems Unit de la commission européenne grâce au projet ICEA (Integrating cognition emotion and autonomy). A cette occasion, 10 équipes de recherche de différents pays européens ont travaillé ensemble.

Un robot inspiré par le rat

Le robot Psikharpax (roi des rats dans une parodie de l’Iliade attribuée à Homère), est un robot rat artificiel dont l’équipement sensoriel, le fonctionnement du cerveau informatique et les fonctionnalités sont inspirés du rat. Il ambitionne d’être aussi doué qu’un rat pour s’orienter, capter des informations sensorielles, auditives ou tactiles et « survivre » dans un environnement inconnu ou menaçant.

Le rat a été choisi car c’est l’un des animaux les plus étudiés par les biologistes, avec le système nerveux le mieux connu. Le cerveau du rat a aussi l’intérêt d’avoir une organisation et un fonctionnement proche des grands singes par rapport aux autres animaux.

Ce projet repose sur une collaboration étroite entre laboratoires de plusieurs disciplines : biologie, électronique, informatique, robotique.

Le robot Psikharpax dispose d’un sens du toucher grâce à de longues moustaches appelées vibrisses. 33 vibrisses sont situées de chaque côté, des courtes et des longues qui permettent de reconnaître les détails des objets que le robot touche de près, ou de détecter des obstacles latéraux perçus par le robot pendant ses déplacements.

La perception auditive du robot est réalisée par deux capteurs situés dans les « oreilles » du robot, avec chacun un pavillon permettant de réverbérer correctement le son. Ces deux capteurs auditifs, permettent une écoute binaurale comme chez le rat, qui permet au robot de localiser finement d’où provient le son qu’il entend.

Il est aussi muni d’une carte électronique, dont l’organisation et les fonctionnalités sont inspirées du système visuel des mammifères. Ses circuits électroniques cumulent actuellement quatre propriétés adaptatives des circuits neuronaux des systèmes visuels naturels : le traitement de l’information en temps réel, la détection des objets et événements par coïncidences temporelles, le suivi des objets dans l’image et l’anticipation de leurs mouvements, ainsi que l’apprentissage des propriétés visuelles des objets et des personnes. Elle est utilisée pour éviter des obstacles fixes ou mobiles et pour installer le système de vision active.

Ce robot a un équipement étendu de capteurs (télémètres, odomètres, caméra, capteurs de lumière, détecteurs de chocs, gyromètres, capteurs de charge et de température), d’actionneurs (deux roues motrices latérales et une roue libre à l’arrière) et de réflexes de base comme le déplacement ou l’évitement d’obstacles fixes.

Un réseau de neurones artificiels

Le système de navigation de Psikharpax repose sur des réseaux de neurones inspirés de l’hippocampe et de structures nerveuses voisines dans le cerveau des rats. A la différence d’un robot dont le comportement serait purement réactif, un animal artificiel  réellement autonome doit en effet être capable d’élaborer une représentation interne de son environnement afin de connaître sa propre position et celle d’endroits associés à des « récompenses » (comme sa station de recharge qui lui fournit de l’énergie) ou associés à des «punitions» (comme un obstacle qu’il convient de ne pas heurter).

Des neurones artificiels vont intégrer toutes les informations perçues par le robot pour en déduire une estimation du lieu dans lequel le robot se situe par rapport au reste de la carte mentale, et une estimation de l’orientation du robot par rapport à la carte.

Toutes ces informations permettent au robot d’analyser la situation dans laquelle il se trouve, et quel est l’état de l’environnement autour de lui (calme, présence d’un danger, présence de nourriture). À partir de ces informations, une partie du cerveau artificiel du robot va pouvoir prendre des décisions sur le comportement à mettre en œuvre (fuite, repos, exploration des lieux, consommation de nourriture…)

Un apport pour la neuroscience

Il permet de mieux appréhender le fonctionnement du système nerveux du rat, et plus généralement des Mammifères, et le traitement des informations perçues sur le monde pour choisir les actions à effectuer, apprendre, naviguer.

Certains des travaux réalisés dans le cadre de ce projet ont déjà permis de raffiner certaines hypothèses neurobiologistes en transférant de la robotique aux neurosciences les solutions qui ont été trouvées pour permettre au robot de résoudre une tâche donnée.