Ingénieur Conçoit des Robots en Essaim à Pattes Multiples

Un chercheur à l’Université de Notre Dame a développé des robots à pattes multiples qui peuvent se déplacer dans des environnements difficiles et effectuer des tâches complexes en essaim. 

La recherche a été publiée dans Science Robotics. 

Yasemin Ozkan-Aydin est professeure adjointe de génie électrique à l’université. Elle est responsable de la création du nouveau robot.

“Les robots à pattes peuvent naviguer dans des environnements difficiles tels que les terrains accidentés et les espaces étroits, et l’utilisation de membres offre un soutien corporel efficace, permet une grande maniabilité et facilite le franchissement d’obstacles,” a déclaré Ozkan-Aydin. “Cependant, les robots à pattes sont confrontés à des défis de mobilité uniques dans les environnements terrestres, ce qui entraîne une diminution de la performance locomotrice.”

Améliorer la Mobilité

Ozkan-Aydin a émis l’hypothèse qu’une connexion physique entre les robots individuels pourrait améliorer la mobilité d’un système collectif terrestre à pattes. En connectant physiquement les robots individuels les uns aux autres pour former un système à pattes multiples, ils peuvent collectivement surmonter les défis mieux qu’un seul robot individuel effectuant de petites tâches. 

“Lorsque les fourmis collectent ou transportent des objets, si l’une d’elles rencontre un obstacle, le groupe travaille collectivement pour surmonter cet obstacle. S’il y a un écart dans le chemin, par exemple, elles formeront un pont pour que les autres fourmis puissent traverser — et c’est l’inspiration de cette étude,” a-t-elle déclaré. “Grâce à la robotique, nous pouvons mieux comprendre la dynamique et les comportements collectifs de ces systèmes biologiques et explorer comment nous pourrions utiliser ce type de technologie à l’avenir.”

Construire les Robots

Ozkan-Aydin a utilisé une imprimante 3D pour construire les robots à quatre pattes, qui mesurent 15 à 20 centimètres de longueur. Chacun est composé d’une batterie au lithium polymère, d’un microcontrôleur et de trois capteurs. Il y a un capteur de lumière à l’avant et deux capteurs de toucher magnétique à l’avant et à l’arrière, ce qui leur permet de se connecter les uns aux autres. 

Avec l’ajout de quatre pattes flexibles, les robots n’ont pas besoin d’autant de capteurs et de pièces, et cela les aide à interagir avec des terrains accidentés ou inégaux. 

“Vous n’avez pas besoin de capteurs supplémentaires pour détecter les obstacles, car la flexibilité des pattes aide le robot à passer devant eux,” a déclaré Ozkan-Aydin. “Ils peuvent tester les écarts dans un chemin, construire un pont avec leurs corps ; déplacer des objets individuellement ; ou se connecter pour déplacer des objets collectivement dans différents types d’environnements, pas très différents des fourmis.”

Les robots ont été testés sur une variété de surfaces, telles que l’herbe, la sciure de bois, les feuilles et les glands. Les expériences sur terrain plat ont impliqué des panneaux de particules et des escaliers avec de la mousse isolante, et d’autres tests ont inclus des tapis shag et des blocs de bois rectangulaires. 

Si une unité individuelle est bloquée, elle envoie un signal à d’autres robots. Ces robots se connectent ensuite les uns aux autres pour se soutenir mutuellement à travers les obstacles tout en travaillant de manière collaborative. 

Selon Ozkan-Aydin, les nouvelles recherches pourraient aider à la conception d’essaims de robots à pattes à faible coût qui peuvent s’adapter à des situations imprévues et effectuer des tâches coopératives comme des missions de recherche et de sauvetage, le transport collectif d’objets et l’exploration spatiale. Elle se concentrera maintenant sur l’amélioration des capacités de contrôle, de détection et d’alimentation des systèmes. 

“Pour des systèmes d’essaim fonctionnels, la technologie de batterie doit être améliorée,” a-t-elle déclaré. “Nous avons besoin de petites batteries qui puissent fournir plus de puissance, idéalement pendant plus de 10 heures. Sinon, l’utilisation de ce type de système dans le monde réel n’est pas durable.” Des limitations supplémentaires incluent le besoin de plus de capteurs et de moteurs plus puissants — tout en gardant la taille des robots petite.

“Vous devez réfléchir à la façon dont les robots fonctionneraient dans le monde réel, donc vous devez réfléchir à la quantité de puissance requise, à la taille de la batterie que vous utilisez. Tout est limité, vous devez donc prendre des décisions pour chaque partie de la machine.”