Plateformes de caméras mobiles (GoPro3): le robot U-CAT propulsé par des nageoires (à gauche), le plongeur humain et le mini ROV Argus à propulseur (à droite).

Les robots transforment la pisciculture | Conception de la machine

Alors que la population mondiale devrait atteindre 9,7 milliards d’habitants d’ici 2050, la demande mondiale de protéines devrait augmenter de 40%. Une façon de répondre à nos besoins en protéines est de maintenir durablement les réserves de poissons sauvages et les poissons d’élevage.

Mais sous la pression des réserves de poissons sauvages déjà surexploitées, les communautés du monde entier, y compris l’Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture, demandent des moyens plus efficaces de gérer à la fois les stocks de poissons sauvages et la biodiversité naturelle de l’océan.

Il serait utile que nous fournissions aux poissons des conditions environnementales optimales en réduisant les niveaux de stress, en protégeant contre les épidémies parasitaires et en nous assurant qu’il y a suffisamment de nourriture – et en développant la technologie pour le faire.

« Afin d’observer efficacement les poissons dans leur état naturel, une technologie est nécessaire qui permettrait d’atteindre chaque coin de la pisciculture – où, par exemple, des spécimens effrayés pourraient se cacher », a déclaré le professeur Maarja Kruusmaa du Centre estonien TalTech pour les biorobotiques. « Il faut observer si l’aliment atteint tous les poissons ou seulement les spécimens alpha les plus agressifs, si les poissons ont des parasites ou d’autres problèmes de santé, etc. »

Dans un article récent publié dans la revue Royal Society Open Science, Kruusmaa et ses collègues maintiennent que les robots peuvent fournir un nouvel ensemble de méthodes expérimentales pour observer les poissons dans leur état naturel. Étant donné que les robots sont physiquement présents, cela permet une variation contrôlée des morphologies et des mouvements prédéfinis. Actuellement, les résultats expérimentaux sur la façon dont les poissons sont affectés par la présence de robots sous-marins sont largement limités aux environnements de laboratoire avec peu d’individus et se concentrent sur les espèces modèles.

Plateformes de caméras mobiles (GoPro3): le robot U-CAT propulsé par des nageoires (à gauche), le plongeur humain et le mini ROV Argus à propulseur (à droite).TalTech

Capturé dans le contexte

L’équipe de chercheurs a étudié les réponses des poissons à grande échelle aux robots dans le contexte des observations pratiques sous-marines dans les piscicultures. Ils ont examiné les effets de robots sous-marins et d’un plongeur humain dans une grande agrégation de poissons au sein d’une installation aquacole norvégienne, dans le but explicite d’améliorer l’utilisation de robots sous-marins pour les observations de poissons. Le comportement des poissons a été observé dans un environnement semi-naturel dans une très grande agrégation, dans une cage de pisciculture commerciale contenant environ 190 000 saumons d’élevage. Des expériences ont été menées avec un petit robot propulsé par flipper déployable sur le terrain connu comme U-CAT. Les expériences ont porté sur l’observation de la réaction du saumon d’aquaculture à l’U-CAT.

L’étude a comparé la réaction du poisson à l’U-CAT par rapport aux technologies et pratiques standard de l’aquaculture en utilisant une caméra fixe, un plongeur technique et Argus Mini (un robot sous-marin commercial propulsé par un propulseur). Un autre objectif était d’examiner de près la conception de l’U-CAT et son fonctionnement et d’apporter des améliorations en étudiant la réaction du poisson en réponse au mode de locomotion et à la couleur.

Illustration de l'environnement d'essai de la cage de la salmoniculture (pas à l'échelle). La caméra fixe dans la cage marine a été utilisée pour analyser la fréquence et la distance du battement du poisson comme paramètre dépendant en présence du plongeur humain, du U-CAT propulsé par des nageoires et de l'Argus Mini propulsé par un propulseur. De plus, la fréquence du battement de queue a été évaluée à l'aide de caméras GoPro3 montées sur le plongeur humain, ainsi que des robots sous-marins U-CAT et Argus Mini.Illustration de l’environnement d’essai de la cage de la salmoniculture (pas à l’échelle). La caméra fixe dans la cage marine a été utilisée pour analyser la fréquence et la distance du battement du poisson comme paramètre dépendant en présence du plongeur humain, du U-CAT propulsé par des nageoires et de l’Argus Mini propulsé par un propulseur. De plus, la fréquence du battement de queue a été évaluée à l’aide de caméras GoPro3 montées sur le plongeur humain, ainsi que des robots sous-marins U-CAT et Argus Mini.TalTech

Ce qui est unique avec U-CAT

U-CAT est un robot sous-marin biomimétique qui utilise un nouvel actionnement à quatre ailettes pour lui donner une grande maniabilité dans des environnements complexes avec des murs, des cordes, des filets et d’autres obstacles. L’utilisation d’ailettes (imitant une tortue de mer) permet un mouvement silencieux par rapport aux hélices traditionnelles. Le robot autonome, développé à l’Université technologique de Tallinn en Estonie, peut être connecté à des instruments de mesure et à des capteurs pour fournir des mises à jour en ligne et une surveillance de l’activité dans la cage marine.

Ce qu’ils ont vu

La conclusion générale était que le robot expérimental U-CAT permettait l’observation dans un aquarium à courte distance (0,5-1,5 m), tandis que les méthodes d’observation conventionnelles à partir des plates-formes sont «beaucoup plus dérangeantes ou ne permettent pas du tout d’observations». Les chercheurs ont observé une différence significative dans le comportement des poissons en utilisant le robot U-CAT par rapport à un robot sous-marin propulsé par un propulseur, Argus Mini, et un plongeur humain. Plus précisément, les saumons étaient plus susceptibles de nager plus près du robot U-CAT à une fréquence de battement de queue inférieure. Ils ont également observé que les réactions des poissons n’étaient pas significativement différentes lorsque l’on considère le bruit du moteur ou lorsque la couleur du U-CAT est passée du jaune à l’argent (il était recouvert de ruban adhésif argenté).

Le professeur TalTech Maarja Kruusmaa surveille les progrès des expériences d'interaction poisson-robot U-CAT à la ferme piscicole SalMar.Le professeur TalTech Maarja Kruusmaa surveille les progrès des expériences d’interaction poisson-robot U-CAT à la ferme piscicole SalMar.

Autres observations:

  • La recherche a fourni une méthode pratique pour étudier les interactions poisson-robot, ce qui peut conduire à de meilleures conceptions de robots sous-marins pour fournir des solutions plus abordables, évolutives et efficaces.
  • Le flux de travail de traitement vidéo sous-marin pour évaluer la réponse du poisson aux robots sous-marins était simple et reproductible.

« Les interactions robot-humain ont été étudiées pendant des décennies, mais les interactions et la communication animal-robot sont presque inexplorées », a noté Kruusmaa. « Cependant, ces études sont d’une importance considérable: elles inspireraient des progrès dans la surveillance environnementale et l’automatisation de l’agriculture, et aideraient à construire des robots facilitant la recherche sur la faune. »

Les expériences ont été menées par l’Université de technologie de Tallinn, l’Université estonienne des sciences de la vie et l’Université norvégienne des sciences et de la technologie, en collaboration avec l’organisme de recherche SINTEF et le producteur de saumon norvégien SalMar.

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