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La navigation nécessite deux éléments : construire et maintenir une carte de l'environnement (carte cognitive) et estimer sa position au sein de cette carte (localisation). Les mammifères disposent d'un système de navigation neurobiologique basé sur des cellules de lieu (hippocampe), des cellules de grille (cortex entorhinal) et des cellules de direction de la tête (subiculum).

L'intégration de chemin calcule la position en accumulant les déplacements : x(t) = x + v·cos()dt. L'erreur accumulée croît comme t^(3/2) pour le bruit de vitesse : sans correction externe (repères), l'animal est perdu. Les insectes (fourmis du désert, Cataglyphis) utilisent l'intégration de chemins avec une précision surprenante pour revenir au nid à des distances de plusieurs centaines de mètres.

Les cellules de lieu hippocampiques sont activées lorsque l'animal se trouve dans une région spécifique de l'environnement : leur champ d'activation est approximativement gaussien avec _place 15150 cm chez le rat. L'ensemble de toutes les cellules de lieu (carte de lieu) forme une représentation distribuée de l'espace. Les cellules de la grille ont des champs d'activation périodiques hexagonaux : elles agissent comme le système de coordonnées métriques de l'espace.

SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) est le problème de la construction d'une carte et de la localisation simultanée du robot, à l'aide d'observations de points de repère incertains. La solution EKF-SLAM maintient la distribution gaussienne de l'état commun (position du robot + position du repère) et la met à jour séquentiellement à chaque observation. Biologiquement, l'hippocampe met en uvre un processus analogue.

Le coût métabolique de la locomotion augmente avec la vitesse : à basse vitesse, il y a un coût fixe (supporter le corps), et le coût total est approximativement quadratique en v pour la course à pied. Cela crée une incitation évolutive pour une vitesse de locomotion optimale qui minimise le coût par distance (et non par temps). Cette vitesse optimale correspond à la démarche préférée observée chez la plupart des animaux.

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