De grands développements nous rapprochent de robots mous entièrement déconnectés

Les chercheurs de l’école d’ingénierie et de sciences appliquées Harvard John A. Paulson (SEAS) et de Caltech ont développé de nouveaux systèmes robotiques mous inspirés de l’origami. Ces nouveaux systèmes sont capables de se déplacer et de changer de forme en réponse à des stimuli externes. Les nouveaux développements nous rapprochent d’avoir des robots mous entièrement déconnectés. Les robots mous que nous possédons aujourd’hui utilisent une alimentation et un contrôle externes. En raison de cela, ils doivent être connectés à des systèmes hors bord avec des composants rigides.

La recherche a été publiée dans Science Robotics. Jennifer A. Lewis, professeure Hansjorg Wyss de génie inspiré par la biologie à SEAS et co-auteure principale de l’étude, a parlé des nouveaux développements.

« La capacité à intégrer des matériaux actifs dans des objets imprimés en 3D permet de concevoir et de fabriquer de nouvelles classes entières de matière robotique molle », a-t-elle déclaré.

Les chercheurs ont utilisé l’origami comme modèle pour créer des robots mous multifonctionnels. L’origami, grâce à des plis séquentiels, peut changer de forme et de fonctionnalité tout en restant dans une structure unique. L’équipe de recherche a utilisé des élastomères à cristaux liquides qui peuvent changer de forme lorsqu’ils sont exposés à la chaleur. L’équipe a utilisé l’impression 3D pour obtenir deux types de charnières molles. Ces charnières se plient en fonction de la température et peuvent être programmées pour se plier dans un ordre spécifique.

Arda Kotikan est un étudiant diplômé de SEAS et de l’École des arts et des sciences, et co-premier auteur de l’article.

« Avec notre méthode d’impression 3D de charnières actives, nous avons une programmabilité complète sur la réponse à la température, la quantité de couple que les charnières peuvent exercer, leur angle de flexion et leur orientation de pliage. Notre méthode de fabrication facilite l’intégration de ces composants actifs avec d’autres matériaux », a-t-elle déclaré.

Connor McMahan est un étudiant diplômé de Caltech et co-premier auteur de l’article.

« L’utilisation de charnières facilite la programmation des fonctions robotiques et le contrôle de la façon dont un robot changera de forme. Au lieu d’avoir tout le corps d’un robot mou se déformer de manière difficile à prédire, vous n’avez besoin de programmer que la façon dont quelques petites régions de votre structure réagiront aux changements de température », a-t-il déclaré.

L’équipe de chercheurs a construit plusieurs appareils mous. L’un de ces appareils était un robot mou déconnecté appelé « Rollbot ». Il commence sous la forme d’une feuille plate de 8 centimètres de long et 4 centimètres de large. Lorsqu’il est en contact avec une surface chaude d’environ 200°C, un ensemble de charnières se plie et donne au robot une forme de roue pentagonale.

Sur chacun des cinq côtés de la roue, il y a d’autres ensembles de charnières qui se plient lorsqu’ils sont en contact avec une surface chaude.

« De nombreux robots mous existants nécessitent une connexion à des systèmes de puissance et de contrôle externes ou sont limités par la quantité de force qu’ils peuvent exercer. Ces charnières actives sont utiles car elles permettent aux robots mous de fonctionner dans des environnements où les connexions sont impraticables et de soulever des objets plusieurs fois plus lourds que les charnières », a déclaré McMahan.

Cette recherche qui a été menée s’est concentrée uniquement sur les réponses à la température. À l’avenir, les élastomères à cristaux liquides seront étudiés plus en détail car ils sont également capables de répondre à la lumière, au pH, à l’humidité et à d’autres stimuli externes.

« Ce travail démontre comment la combinaison de polymères réactifs dans un composite architecturé peut conduire à des matériaux avec une auto-activation en réponse à différents stimuli. À l’avenir, de tels matériaux pourront être programmés pour effectuer des tâches de plus en plus complexes, en effaçant les frontières entre les matériaux et les robots », a déclaré Chiara Daraio, professeure de génie mécanique et de physique appliquée à Caltech et co-auteure principale de l’étude.

La recherche comprenait des co-auteurs Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad et Robert D. Weeks. Le travail a été soutenu par le Bureau de recherche de l’armée, le Centre de recherche en sciences et en génie des matériaux de Harvard à travers la Fondation nationale pour la science, et la bourse de recherche en technologie spatiale de la NASA.