Un robot nageur inspiré des vers plats marins révolutionne l’exploration des milieux aquatiques

Innovation technologique en robotique et biomimétique

Des chercheurs suisses et allemands ont développé un robot de taille réduite imitant la propulsion par ondulation des vers plats aquatiques, capable de naviguer efficacement dans des environnements aquatiques complexes tout en minimisant son impact sur l’écosystème.

Une équipe internationale de chercheurs de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suisse) et de l’Institut Max-Planck pour les systèmes intelligents (Allemagne) a mis au point un robot nageur biomimétique s’inspirant des vers plats aquatiques. Leur étude a été publiée le 19 février 2025 dans la revue Science Robotics. Cette innovation pourrait transformer l’approche de surveillance et d’exploration des milieux aquatiques.

Dirigée par Florian Hartmann, l’équipe a conçu un robot de la taille d’une carte de crédit ne pesant que 6 grammes. Ce dispositif utilise une paire de nageoires pectorales millimétriques capables d’onduler grâce à des actionneurs électrohydrauliques souples, imitant ainsi le mode de déplacement naturel des planaires, un nom vernaculaire donné à certains Plathelminthes (vers plats) des milieux marins de l’ordre des polyclades. Cette méthode de propulsion présente l’avantage considérable d’être silencieuse, réduisant drastiquement les perturbations causées aux écosystèmes étudiés.

Les performances de ce robot aquatique sont remarquables. Il peut atteindre une vitesse de déplacement de 12 centimètres par seconde et effectuer des rotations à 195 degrés par seconde, soit une oscillation jusqu’à dix fois plus rapide que celle des vers plats naturels. Sa polyvalence lui permet également de nager en arrière et latéralement, offrant une maniabilité exceptionnelle.

Les innovations techniques comprennent une alimentation compacte fonctionnant à moins de 500 volts avec une consommation énergétique réduite à 35 milliwatts. Cette efficacité énergétique, combinée à sa flottabilité naturelle due à sa légèreté, permet au robot de naviguer en autonomie dans des espaces restreints, de se faufiler entre des plantes aquatiques et même de déplacer des objets pesant jusqu’à 16 fois sa propre masse.

Ce type de robot présente un potentiel considérable pour l’exploration d’environnements aquatiques complexes tels que les récifs coralliens ou les bordures de lac. Il pourrait également servir à la mesure continue de paramètres critiques pour l’aquaculture, tout en minimisant l’impact sur les écosystèmes observés grâce à sa conception discrète et non intrusive.

Turbellaria : un taxon obsolète pour désigner des vers plats marins

Le terme Turbellariés désigne des vers plats, principalement marins, autrefois regroupés dans une classe aujourd’hui reconnue comme paraphylétique – au sens où elle ne comprend pas tous les descendants d’un ancêtre commun. Bien que désormais obsolète en tant que taxon formel, le terme reste utilisé pour désigner les plathelminthes à vie libre comme les planaires.

La dénomination de Turbellaria provient du latin turbella (« »agitation ), évoquant les mouvements tourbillonnants que ces vers plats provoquent dans l’eau par le battement de leurs cils. Cet ancien regroupement taxonomique, à l’origine de la phylogénie des Plathelminthes, sert aujourd’hui comme terme vernaculaire pour désigner les formes libres (non parasitaires) de vers plats.

Les Plathelminthes peuvent en effet être libres ou parasiter un hôte parmi les poissons, tortues ou amphibiens. Leur anatomie présente plusieurs caractéristiques distinctives : un corps recouvert d’un épithélium comportant des cellules glandulaires sécrétrices de mucus facilitant déplacement et adhésion, un appareil digestif rudimentaire en forme de sac permettant une double digestion par phagocytose, et un système musculaire complexe comprenant des muscles circulaires et longitudinaux. Certaines espèces aquatiques sont ainsi capables de nager par ondulation grâce à ces muscles.

La rigidité apparente de leur corps s’explique par l’agencement des muscles en question, qui forment un squelette hydrostatique ou hydrosquelette (compartiment fermé rempli d’un liquide interstitiel incompressible). Entre ces couches musculaires se logent leurs organes internes : système digestif, système protonéphridien régulant l’eau et l’excrétion, système nerveux diffus comportant deux nerfs longitudinaux, et système reproducteur. Leur morphologie dorsale varie selon les espèces, pouvant être lisse ou présenter diverses structures comme des papilles ou des replis en forme d’antennes.

André Roussainville

Quiz sur la robotique biomimétique et les Plathelminthes

Origine de l’inspiration du robot nageur. — De quel organisme vivant s’inspire le robot nageur miniature développé par des chercheurs suisses et allemands ?

A. Des méduses. — B. Des vers plats aquatiques. — C. Des poissons-zèbres.

Des vers plats aquatiques

Poids du robot nageur biomimétique. — Quel est le poids du robot nageur biomimétique développé par Florian Hartmann et son équipe ?

A. 60 grammes. — B. 6 grammes. — C. 600 milligrammes.

6 grammes

Mécanisme de propulsion du robot. — Quel mécanisme permet au robot inspiré des vers plats de se propulser dans l’eau ?

A. Des hélices miniatures. — B. Des nageoires ondulantes. — C. Des jets d’eau pulsés.

Des nageoires ondulantes

Vitesse maximale du robot aquatique. — Quelle vitesse maximale peut atteindre le robot nageur biomimétique lors de son déplacement ?

A. 1,2 mètre par seconde. — B. 12 centimètres par seconde. — C. 5,1 centimètres par seconde.

12 centimètres par seconde

Application potentielle du robot nageur. — Quelle est l’une des applications potentielles de ce robot nageur biomimétique ?

A. La livraison de colis en milieu maritime. — B. La surveillance des écosystèmes comme les récifs coralliens. — C. La propulsion de navires commerciaux.

La surveillance des écosystèmes comme les récifs coralliens

Origine étymologique. — D’où provient le nom "Turbellaria" attribué à certains vers plats ?

A. Du grec ’turbos’ signifiant ’plat’. — B. Du latin ’turbella’ signifiant ’agitation’. — C. De ’Turbel’, nom du biologiste qui les a découverts.

Du latin ’turbella’ signifiant ’agitation’

Statut taxonomique. — Quel est le statut actuel du taxon "Turbellaria" dans la classification biologique ?

A. C’est une classe valide de vers plats. — B. C’est un taxon obsolète car paraphylétique. — C. C’est un ordre récemment reclassé.

C’est un taxon obsolète car paraphylétique

Anatomie. — Quelle particularité anatomique permet aux Turbellariés de se déplacer ou d’adhérer à des surfaces ?

A. Des ventouses spécialisées. — B. Des cellules glandulaires produisant du mucus. — C. Des microfilaments contractiles.

Des cellules glandulaires produisant du mucus

Système digestif. — Comment fonctionne le système digestif des Turbellariés ?

A. Par ingestion et excrétion via deux orifices distincts. — B. Par simple osmose à travers les parois du corps. — C. Par phagocytose dans un sac digestif simple.

Par phagocytose dans un sac digestif simple

Mode de vie. — Quel mode de vie caractérise principalement les organismes autrefois classés comme Turbellariés ?

A. Uniquement des parasites obligatoires de vertébrés. — B. Principalement des formes libres ou parasites d’un seul hôte. — C. Exclusivement des espèces terrestres détritivores.

Principalement des formes libres ou parasites d’un seul hôte

Notions liées

Robotique biomimétique, actionneurs électrohydrauliques, propulsion par ondulation, robots nageurs, surveillance aquatique, École Polytechnique fédérale de Lausanne, Institut Max-Planck pour les systèmes intelligents, Science Robotics.

Espèces et notions biologiques liées

Plathelminthes, vers plats aquatiques, paraphylie, taxonomie, phylogénie, vers parasites, système protonéphridien, osmorégulation.

Ressources en ligne

Papier de référence : Highly agile flat swimming robot (science.org)

Ressource : Highly agile flat swimming robot (infoscience.epfl.ch)

Ressource : Highly agile flat swimming robot (aimodels.fyi)

Ressource : Highly agile flat swimming robot (arxiv.org)

Ressource : Platyhelminthes Minot, 1876 (catalogueoflife.org)

Ressource : Polycladida Lang, 1884 [viz. Faubel, 1983/1984] (catalogueoflife.org)

Entités nommées fréquentes : Plathelminthes, Turbellariés, Highly.