Des ingénieurs de l’Université de Californie à Riverside (UCR) ont découvert des informations clés sur la façon dont les raies nagent, révélant que leurs mouvements ondulants ne sont pas seulement destinés au spectacle : ils constituent une adaptation raffinée pour maintenir la stabilité dans des environnements sous-marins difficiles. Une nageoire robotique sur mesure, conçue pour imiter la locomotion des rayons, a été testée dans des tunnels aquatiques contrôlés, ce qui a conduit à la découverte surprenante que les rayons proches du fond marin contrecarrent activement les forces descendantes en inclinant subtilement leurs nageoires vers le haut.
L’évolution de la locomotion des rayons
Les raies pastenagues présentent des styles de nage distincts en fonction de leur habitat. Alors que les raies pélagiques (de haute mer) glissent avec des mouvements de battement, les raies benthiques (qui vivent au fond) utilisent une ondulation en forme de vague qui s’aligne avec les courants du fond marin. Ce style ondulé est particulièrement efficace, recyclant l’énergie de l’eau pour réduire la traînée. Les chercheurs soupçonnaient que cette divergence était une réponse évolutive à la physique de différents environnements, une théorie qu’ils cherchaient à prouver.
L’expérience robotique des nageoires
Pour tester leur hypothèse, l’équipe UCR a créé une aileron robotique en silicone de 9,5 millimètres d’épaisseur et l’a immergée dans un tunnel d’eau spécialisé simulant l’écoulement océanique. L’intention était d’observer comment la portance affectait la nageoire à différentes profondeurs. De manière inattendue, la nageoire a subi une traction vers le bas près du fond marin, à l’opposé de ce qui avait été prédit.
En ajustant l’angle de l’aileron, ils ont constaté que l’incliner vers le haut de quelques degrés seulement neutralisait la portance négative. Cela suggère que les raies pastenagues naturelles nagent instinctivement avec un léger angle de nageoire vers le haut, ce qui leur permet de surmonter la pression qui les pousse vers le fond marin. Le mouvement ondulatoire a également systématiquement fourni une plus grande dégagement du fond marin que le battement, renforçant ainsi son efficacité dans les environnements benthiques.
Implications pour la robotique et au-delà
Ces découvertes ont des implications significatives pour la conception des véhicules sous-marins. Les principes qui sous-tendent la nage des raies pourraient inspirer des robots plus économes en énergie et plus furtifs. Les chercheurs explorent déjà ces possibilités, avec des travaux antérieurs incluant des robots tissulaires et biohybrides alimentés par des cellules cardiaques, des électrodes ou même des muscles de rat. L’objectif ultime est de créer des véhicules submersibles qui imitent l’efficacité naturelle et le fonctionnement silencieux d’un rayon.
« La nature semble avoir déjà résolu le problème », a déclaré Yuanhang Zhu, ingénieur en mécanique de l’UCR. Cela souligne la pertinence durable des systèmes biologiques en tant que modèles pour les technologies futures.
L’étude met en évidence comment l’évolution optimise les solutions aux défis physiques et comment la compréhension de ces solutions peut stimuler l’innovation en robotique et en ingénierie sous-marine.
