Les fourmis vont et viennent sur la nouvelle plate-forme miniature de mesure de force 3D utilisée à l'université d’Iéna

Les fourmis sont de vrais géants lorsqu’il s’agit de transporter de lourdes charges. Dans un laboratoire, la « formica polyctena », de l’espèce des fourmis charpentière rouges, peut porter jusqu’à quarante fois son propre poids. En réalité, mesurer la force de ces poids plumes et leur superpuissance représente un vrai défi. Les forces exercées par les fourmis en mouvement sont pratiquement impossibles à mesurer avec les méthodes existantes. Les connaissances sur la locomotion des insectes permettent une certaine approche pour travailler sur les futures applications dans le domaine de la manipulation de charges. Pour cette raison, Lars Reinhardt et le Prof. Dr. Reinhard Blickhan de l’Université d'Iéna, en Allemagne, ont travaillé sur le sujet et trouvé une solution. Ils ont développé une plate-forme de mesure miniature et robuste permettant de mesurer avec précision des forces de l’ordre du micro newton, dans chacune des trois directions composant un mouvement. HBM a grandement contribué à cette réalisation en fournissant le système d'amplification MGCplus et le logiciel de mesure catman.

La recherche sur le déplacement des insectes a permis d’établir des principes fondamentaux importants pour évaluer la mécanique, la physiologie sensorielle et l’habileté motrice de ces petits bêtes. Des applications réelles, mises en œuvre, ont amené par exemple des résultats en bionique et robotique. Les réalisations faites dans ces domaines d’application ont permis de mettre au point des dispositifs de transport avec des caractéristiques tout-terrain exceptionnelles imitant parfaitement la démarche stable sur six pattes des fourmis. Cependant, en recherche fondamentale et pour pouvoir imiter « mère nature », il est nécessaire d’obtenir des résultats de mesure fiables.  

Dans cette optique, les scientifiques de l'université Friedrich Schiller d’Iéna ont franchi un grand. Lars Reinhardt et le prof. Dr. Reinhard Blickhan ont conçu et développé une nouvelle plate-forme miniature de mesure de force 3D destinée à mesurer des forces ultra-faibles. Elle permet de mesurer de manière fiable le déplacement d’une fourmi dans chacune des trois directions composant le mouvement et d'en faire une bonne analyse. La plate-forme développée dans le cadre d'un projet financé pour la première fois par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), permet une meilleure connaissance sur la dynamique de locomotion sur pattes dans cette catégorie ultra-miniature.

Les plates-formes de mesure actuelles étaient limitées

Jusqu’à maintenant et depuis des décennies, il existait des plates-formes miniatures de mesure de force sur deux axes, mais elles n’étaient pas suffisamment robustes et résistantes à un nombre élevé de cycles de mesure nécessaire pour obtenir des résultats de recherche fiables. D'autre part, les versions 3D existantes, plus robustes dans leur conception et matériaux employés, n'étaient pas appropriées pour mesurer des forces extrêmement petites de quelques micro newton. Elles ne permettaient pas de mesurer les forces d’appui d’une fourmi charpentière pesant 23.2 mg et d’étudier la dynamique de son déplacement.

Les fourmis vont et viennent sur la plate-forme miniature de mesure de force de l'université d'Iéna

À la présidence du département « Science du Mouvement » de l'université de Friedrich Schiller d’Iéna, Lars Reinhardt et le prof. Dr. Reinhard Blickhan ont développé une plate-forme permettant de mesurer les efforts exercés par une patte de fourmi en mouvement, et ceci dans chacune des trois directions du déplacement. Cette nouvelle plate-forme 3D est exceptionnelle dans sa conception robuste, sa plage de mesure allant jusqu'à 4Nm et son très faible niveau d’influence entre les différentes voies de mesure. Ces caractéristiques ont été prouvées à maintes reprises par de nombreux essais.

Reinhardt et Blickhan ont pu tester la fiabilité et la longévité de cette plate-forme durant six mois. Elle a facilement tenu les 3000 chargements consécutifs aux passages d’une formica polyctena, de l’espèce des fourmis charpentières rouges. Le système de mesure n’a présenté aucuns défauts matériels ou une quelconque incertitude de mesure. D'autres avantages peuvent lui être attribués, par exemple sa production à bas coûts dus en partie à sa conception même mais aussi à un large panel d’applications différentes allant bien au-delà des expériences avec des fourmis.

HBM joue un rôle essentiel dans l’étalonnage, la mesure et l'analyse

La plate-forme développée et utilisée par les scientifiques du département mouvement de l'université d'Iéna est construite sur le principe de la stéréolithographie, technique somme toute extrêmement précise. Le prototype est fait dans un matériau semblable au polycarbonate.  Léger et très élastique, il est équipé de jauges de contrainte semi-conductrices. HBM a fourni le système numérique d'amplificateur MGCplus et le logiciel de mesure catman pour effectuer la mesure, l’acquisition, la visualisation et l'analyse des données.

Le système MGCplus d’HBM a été spécifiquement conçu pour un usage dans les laboratoires et sur bancs d'essai. Grâce à sa conception modulaire, le système peut être adapté rapidement à différentes tâches nouvelles et peut être employé dans pratiquement tous les secteurs de recherche et de l’industrie. Il permet de mesurer, en statique et dynamique, des forces, poids, déplacements, pressions, températures, couples, accélérations, contraintes, déformations mécaniques ou tensions, courants, fréquences et résistances lorsqu’il est exigé une grande  résolution, une bonne stabilité à long terme et une immunité contre les parasites.

Le logiciel catman d’HBM est l’outil idéal pour tous les projets de mesure et notamment avec les appareils MGCplus. C'est le choix parfait pour l’acquisition de données, la visualisation et l'analyse de résultats. Sa facilité d’utilisation, son coté intuitif et ses nombreuses possibilités de personnalisation font de catman le logiciel adapté aux amplificateurs HBM.

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