Robotique
Une technique d'impression 3D révolutionnaire permet de construire des robots en une seule étape
Une équipe d'ingénieurs de l'UCLA a développé une nouvelle technique d'impression 3D et une stratégie de conception qui permettent de construire des robots en une seule étape.
La nouvelle étude, qui montre comment les robots peuvent être construits et marcher, manœuvrer et sauter, a été publiée dans Science.
Processus d'impression 3D révolutionnaire
La nouvelle technique implique un processus d'impression 3D pour des matériaux actifs techniques à fonctions multiples, ou « métamatériaux ». Il permet la fabrication de l'ensemble des systèmes mécaniques et électroniques nécessaires au fonctionnement d'un robot en une seule fois. Une fois que le « méta-bot » a été imprimé en 3D, il peut effectuer des mouvements, de la propulsion, des détections et des prises de décision.
Les imprimés sont constitués d'un réseau interne d'éléments sensoriels, mouvants et structurels qui se déplacent d'eux-mêmes après avoir été programmés. Parce que ce réseau interne est réuni en un seul endroit, il ne reste plus qu'à produire un seul composant externe : la petite batterie pour alimenter le robot.
Xiaoyu (Rayne) Zheng est le chercheur principal de l'étude et professeur agrégé de génie civil et environnemental, ainsi que de génie mécanique et aérospatial à la UCLA Samueli School of Engineering.
« Nous pensons que cette méthodologie de conception et d'impression de matériaux robotiques intelligents permettra de créer une classe de matériaux autonomes qui pourraient remplacer le processus d'assemblage complexe actuel pour la fabrication d'un robot », a déclaré Zheng. « Avec des mouvements complexes, de multiples modes de détection et des capacités de prise de décision programmables, le tout étroitement intégré, ce système s'apparente à un système biologique où les nerfs, les os et les tendons travaillent en tandem pour exécuter des mouvements contrôlés. »
Applications potentielles
L'équipe a intégré une batterie et un contrôleur embarqués pour fabriquer des robots imprimés en 3D entièrement autonomes. Chacun des robots a la taille d'un ongle et, selon Zheng, cette nouvelle méthode pourrait conduire à de nouvelles conceptions de robots biomédicaux. Un de ces robots biomédicaux pourrait être un robot nageur qui navigue de manière autonome à proximité des vaisseaux sanguins pour administrer des médicaments sur des sites cibles du corps.
Une autre application des robots imprimés en 3D consiste à les envoyer dans des environnements dangereux, comme un bâtiment effondré, où un essaim d'entre eux peut accéder à des espaces restreints. Ces méta-bots pourraient alors évaluer les niveaux de menace et aider aux efforts de sauvetage.
Il s'agit d'une percée majeure dans le domaine de la robotique puisque la plupart des robots actuels nécessitent une série d'étapes de fabrication complexes pour les construire. Ce processus se traduit par des robots plus lourds, plus volumineux et plus faibles.
Pour développer la nouvelle méthode, l'équipe s'est appuyée sur une classe de matériaux de réseau complexes qui changent de forme et de direction en réponse à un champ électrique. Ils peuvent également créer une charge électrique à la suite de forces physiques.
Développer de nouveaux matériaux robotiques
Les matériaux robotiques développés par l'équipe ne sont que de la taille d'un sou et se composent d'éléments structurels qui les aident à se plier, se tordre, se dilater, se contracter ou tourner à grande vitesse.
En plus de tout cela, l'équipe a publié une méthodologie qui peut être utilisée pour concevoir les matériaux robotiques, permettant aux utilisateurs de créer leurs propres modèles.
Hauchen Cui est l'auteur principal de l'étude et un chercheur postdoctoral de l'UCLA dans le laboratoire de fabrication additive et de métamatériaux de Zheng.
"Cela permet aux éléments d'actionnement d'être disposés avec précision dans tout le robot pour des mouvements rapides, complexes et prolongés sur différents types de terrain", a déclaré Cui. «Avec l'effet piézoélectrique bidirectionnel, les matériaux robotiques peuvent également détecter eux-mêmes leurs contorsions, détecter les obstacles via des échos et des émissions d'ultrasons, ainsi que répondre à des stimuli externes via une boucle de contrôle de rétroaction qui détermine la façon dont les robots se déplacent, à quelle vitesse ils se déplacent et vers quelle cible ils se déplacent.
L'équipe a utilisé la méthode pour créer trois méta-bots différents démontrant des capacités différentes :
- Meta-bot qui navigue autour des coins en forme de S et des obstacles placés au hasard
- Meta-bot qui peut s'échapper en réponse à un impact de contact
- Meta-bot qui marche sur un terrain accidenté et fait de petits sauts
Cette nouvelle technique d'impression 3D jouera un rĂ´le majeur dans le domaine de la robotique, contribuant Ă rendre la construction de tels robots beaucoup plus efficace.
Cette recherche révolutionnaire comprenait également les auteurs Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu et Haotian Lu, qui sont des étudiants diplômés ; Ariel Calderon, chercheur postdoctoral ; Zhen Wang, associé en ingénierie de développement ; Sheyda Davaria, associée de recherche à Virginia Tech ; Patrick Mercier, professeur agrégé de génie électrique et informatique à UC San Diego ; et Pablo Tarazaga, professeur de génie mécanique à la Texas A&M University.
