Des chercheurs de l’Université d’Oxford ont découvert que les faucons contrôlent leur vol pour assurer les conditions d’atterrissage les plus sûres lorsqu’ils se perchent, même si cela prend plus de temps et plus d’énergie pour le faire. Comprendre comment les oiseaux optimisent leurs manœuvres d’atterrissage par l’apprentissage peut aider à développer de petits avions capables de se percher comme des oiseaux.
Dans une nouvelle recherche publiée dans La nature, quatre faucons de Harris portant de minuscules marqueurs rétroréfléchissants ont été suivis faisant des allers-retours entre deux perchoirs. Leurs mouvements précis ont été enregistrés par 20 caméras de capture de mouvement positionnées autour de la salle, permettant à l’équipe de recherche de reconstruire leurs trajectoires de vol sur plus de 1 500 vols. L’équipe de recherche a ensuite utilisé des simulations informatiques pour comprendre pourquoi les oiseaux ont choisi leur chemin particulier vers le perchoir.
Les aéronefs ont le luxe d’utiliser une piste pour freiner après l’atterrissage afin de réduire la vitesse. En revanche, les oiseaux doivent freiner avant d’arriver au perchoir, mais ralentir à une vitesse de sécurité en vol risque de décrocher, entraînant une perte soudaine de contrôle du vol. Les chercheurs ont découvert que les faucons suivent une trajectoire de vol qui les ralentit à une vitesse de sécurité mais minimise la distance par rapport au perchoir auquel ils calent.
Pour minimiser le décrochage, les faucons ont plongé vers le bas tout en battant des ailes, avant de déployer leurs ailes dans une posture de vol plané alors qu’ils se précipitaient vers le perchoir. En sélectionnant la bonne vitesse et la bonne position à partir de laquelle plonger vers le perchoir, les oiseaux étaient déjà à portée de main du perchoir lorsqu’ils ont décroché, gardant leurs atterrissages aussi sûrs et contrôlables que possible.
Le co-auteur principal, le Dr Lydia France, Département de biologie de l’Université d’Oxford, a déclaré : « Nous avons constaté que nos oiseaux n’optimisaient ni le temps ni l’énergie dépensés, de sorte que leurs trajectoires en piqué n’étaient ni les options les plus courtes ni les moins chères pour passer d’A à B. Au lieu de cela, nos oiseaux réduisaient la distance par rapport au perchoir auquel ils s’arrêtaient et étaient encore meilleurs pour limiter le décrochage que notre modèle informatique simplifié.
« Les trois oiseaux juvéniles ont volé directement entre les perchoirs en battant pendant les premiers vols de leur période de familiarisation, mais ont rapidement adopté le comportement de piqué indirect caractéristique des oiseaux expérimentés », a expliqué le co-auteur principal, le Dr Marco KleinHeerenbrink, Département de biologie, Université de Oxford.
L’atterrissage est une manœuvre critique et le décrochage a été la cause de nombreux accidents d’avion. Regarder les oiseaux et se demander comment ils résolvent le problème de l’atterrissage en toute sécurité pourrait nous aider à trouver de nouvelles solutions de conception bio-inspirées pour nos propres technologies, y compris de petits avions capables de se percher comme des oiseaux.
Comprendre comment les oiseaux apprennent des tâches motrices complexes comme l’atterrissage pourrait également aider à améliorer l’intelligence artificielle (IA). Lorsque les ingénieurs aéronautiques utilisent des ordinateurs pour résoudre le problème du perchage en utilisant une approche par essais et erreurs pour affiner les données, cela peut prendre des dizaines de centaines d’heures pour trouver une réponse. Pourtant, les faucons trouvent une solution optimisée sur une poignée de vols, montrant l’écart qui existe toujours entre l’intelligence naturelle et artificielle.
« La technologie de capture de mouvement nous a permis d’analyser des milliers de vols à la fois, en abordant des questions que nous n’aurions jamais pu résoudre auparavant. Pour l’avenir, cela ouvre la possibilité alléchante de comprendre comment les animaux apprennent des tâches motrices complexes, comme apprendre à voler, et de révolutionner la façon dont les systèmes robotiques peuvent faire de même », a déclaré l’auteur principal, le professeur Graham Taylor.
Marco KleinHeerenbrink et al, Optimisation des manœuvres de perchage aviaire, La nature (2022). DOI : 10.1038/s41586-022-04861-4