S’il ressemble à un pingouin tout en nageant comme un pingouin – mais c’est vraiment un robot – alors ce doit être la dernière avancée en matière d’équipement sensoriel marin.

Le Quadroin est un véhicule sous-marin autonome (AUV) : une machine automotrice imprimée en 3D conçue pour imiter les manchots afin de mesurer les propriétés des remous océaniques.

Il a été développé par Burkard Baschek alors qu’il dirigeait le German Coastal Ocean Dynamics Institute au Helmholtz Hereon Center de Geesthacht après avoir vu plus de 20 000 $ de son équipement couler au fond de l’océan Pacifique.

Image de la Nasa des tourbillons et des petits courants juste sous la surface de l'océan, montrant le motif tourbillonnant des proliférations de phytoplancton dans l'océan Atlantique sud.
Image de la Nasa des tourbillons et des petits courants juste sous la surface de l’océan, montrant le motif tourbillonnant des proliférations de phytoplancton dans l’océan Atlantique sud. Photo : Nasa / Zuma / Rex / Shutterstock

Les tourbillons sont de petits courants océaniques qui ont été difficiles à capturer par d’autres méthodes de recherche. Ils affectent tous les animaux et les plantes des océans ainsi que le climat de la Terre, entraînant environ 50% de toute la production de phytoplancton. Le bas de la chaîne produit des fruits de mer, du phytoplancton et d’autres plantes marines telles que le varech et le plancton d’algues jusqu’à 70% d’oxygène atmosphérique.

“Chaque quatrième respiration que tout le monde prend dépend de ces petits remous marins”, explique Baschek, qui est maintenant directeur du Musée océanographique allemand dans le port nord de Stralsund.

Malgré leur importance, les tourbillons ne sont pas mal compris dans la communauté scientifique car ils sont petits ; certains ne mesurent que 10 mètres de diamètre, ont une durée de vie moyenne de 12 heures et constituent un grand défi pour les observations océaniques. Il n’y a même pas beaucoup de mesures détaillées.

Baschek a développé à l’origine un ensemble d’environ 20 capteurs attachés à une corde, remorqué derrière un navire pour mesurer les variables océanographiques clés dans les tourbillons – telles que la température, la salinité, la pression, la chlorophylle et l’oxygène. Mais la corde s’attacherait aux rochers, aux filets de pêche ou aux conteneurs – envoyant toutes les données au fond marin.

“La seule façon d’éviter de tels dangers sous-marins était de développer un appareil capable d’effectuer ces mesures sans être attaché à une corde”, explique Baschek.

Manchot papou nageant dans un zoo aquarium
Gentoo pingouin. La forme des oiseaux a fourni le meilleur modèle pour rendre le Quadroin aussi rationalisé que possible, ce que l’équipe a trouvé. Photo : Xinhua/Rex/Shutterstock

La solution est venue de Rudolf Bannasch et de son équipe de la société berlinoise EvoLogics, spécialisée dans la bionique basée sur l’évolution naturelle. Bannasch savait exactement ce que voulait Baschek : un pingouin.

“Les pingouins offrent une forme avec les meilleurs traits rationalisés possibles”, explique Bannasch. Ses études sur les systèmes de navigation et de communication sous-marine sans fil suggèrent que les pingouins sont 20 à 30 % plus rationalisés que tout ce qui est conçu en laboratoire, adapté aux mesures à grande vitesse recherchées par Baschek.

En avril, le premier prototype Quadroin – le nom vient de “quadro”, est venu après les quatre entraînements qui déplacent l’AUV, et “pingouin” – a fait son voyage matinal dans un lac près de Berlin. Il a une vitesse maximale de huit nœuds (9,2 mph) et utilise les mêmes capteurs que ceux tirés sur une corde. Le Quadroin, cependant, peut se déplacer librement dans l’eau, en évitant les obstacles, jusqu’à une profondeur de 150 mètres.

Une caractéristique de l’étude des tourbillons bloqués par les scientifiques est qu’ils doivent être mesurés à différents endroits en même temps. Bannasch et ses collègues travaillent à créer deux autres pingouins artificiels qui agiraient comme un “nageur”, nageant ensemble et communiquant entre eux.

“Nous avons développé les premiers modems de chant sous-marins afin que les Quadroins puissent envoyer et recevoir des signaux de gazouillis comme les signaux des dauphins”, explique Bannasch.

Burkard Baschek avec le pingouin artificiel qu'il a aidé à développer.
Burkard Baschek avec le pingouin artificiel qu’il a aidé à développer. Il peut plonger à 150 mètres et éviter les obstacles. Photo : Hereon / Florian Büttner

Combinés à d’autres petits capteurs, tels que le GPS, intégrés dans le corps d’un mètre de long, les robots-pingouins peuvent retracer des données entre eux ainsi qu’un navire de recherche en temps réel. L’entreprise vise à utiliser l’intelligence artificielle pour permettre un comportement de groupe intelligent et une prise de décision, afin que les Quadroins sachent ce que signifient les mesures et quelles mesures prendre ensuite.

Bien que développés pour mesurer les processus océaniques en évolution rapide, les Quadroins de 25 kg (55 lb) pourraient également être utilisés pour des relevés dans des environnements que d’autres véhicules ne peuvent pas franchir – par exemple, sous la glace de mer ou dans des eaux peu profondes. . « Ils peuvent se garer dans des stations d’accueil et effectuer des missions de recherche régulières lorsque les tempêtes empêchent les navires de quitter le port. En mer du Nord, par exemple, c’est le cas presque tous les deux jours », explique Baschek.

À environ 80 000 € (69 000 £) à eux seuls, les Quadroins ne sont pas bon marché, bien que cela soit presque le même que le coût de location d’un navire de recherche entièrement équipé pour une journée. La plupart des autres AUV hautes performances sont plus chers et moins flexibles. Nous espérons que les Quadroins pourront rendre les études marines à distance beaucoup plus accessibles aux universités, instituts de recherche et firmes océanographiques qui ne disposent pas de budgets énormes.

Quant à leur perte au fond de l’océan, les pingouins artificiels ont une astuce ultime qui imite leurs homologues de la vie réelle : si l’électronique tombe en panne et que les capteurs s’éteignent, ils nageront.

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