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From Messor barbarus to AntBot, a dimensionless approach for designing a new bioinspired leg for a hexapod robot. De Messor Barbarus à AntBot, une approche adimensionnelle pour la conception d'une patte bioinspirée de robot hexapode
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Edité par CCSD -
International audience. The biomimetic design of a robot inspired by observations of hexapods presents a significant challenge, as physical phenomena evolve with size and time dilations across scales. Using Vashy-Buckingham theorem, we applied a dimensionless approach to establish dynamic similarities between the ant species Messor barbarus (7.10⁻ ³ m) and AntBot (4.10⁻ ¹ m). We then developed an exhaustive biomechanical approach that included assessing the structures of the ant's exomusculoskeleton through computerized microtomography ([1], Pic1.a), 3D motion analysis ([1], Pic1.b), dynamic numerical simulation using OpenSim software ([1], Pic1.c), and testing on a test bench ([2-3], Pic1.d). The findings informed the development of a novel mechanical leg for a hexapod robot, which integrates exostructures, internal motorized actuators, proportional segment dimensions, and a control algorithm that mimics the dynamics of segmental coordinations in ants. This initial trial is promising and paves the way for an innovative design process that combines advanced physics, biomechanics, and biorobotics within a biomimetic engineering approach.
Picture 1: The four steps of our biomimetic engineering approach. . La conception biomimétique d’un robot inspiré par les observations des hexapodes représente un défi significatif, car les phénomènes physiques évoluent avec les échelles de taille et les dilatations temporelles. En utilisant le théorème de Vaschy-Buckingham, nous avons appliqué une approche adimensionnelle pour établir des similitudes dynamiques entre l’espèce de fourmis *Messor barbarus* (7,10⁻³ m) et AntBot (4,10⁻¹ m). Nous avons ensuite développé une approche biomécanique exhaustive incluant l’évaluation des structures de l’exomusculosquelette des fourmis grâce à une microtomographie informatisée ([1], Fig1.a), une analyse du mouvement en 3D ([1], Fig1.b), une simulation numérique dynamique à l’aide du logiciel OpenSim ([1], Fig1.c), et des tests sur un banc d’essai ([2-3], Fig1.d). Les résultats ont orienté le développement d’une nouvelle patte mécanique pour un robot hexapode, intégrant des exostructures, des actionneurs internes motorisés, des dimensions proportionnelles des segments et un algorithme de contrôle imitant les dynamiques de coordination segmentaire observées chez les fourmis. Ce premier essai est prometteur et ouvre la voie à un processus de conception novateur, combinant physique avancée, biomécanique et biorobotique dans une démarche d’ingénierie biomimétique.
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