Les ingénieurs développent un robot sans électronique capable de surveiller les conditions de l’eau

Une équipe d’ingénieurs de l’Université Duke a développé un nouveau robot en caoutchouc sans électronique qui pourrait jouer un rôle important dans la surveillance des conditions environnementales à l’avenir. Le robot est en forme de libellule et peut glisser sur l’eau tout en réagissant aux conditions environnementales comme le pH, la température et la présence d’huile.

La nouvelle démonstration de preuve de concept a été détaillée dans le journal Advanced Intelligent Systems le 25 mars. 

Les robots en caoutchouc continuent de progresser et de s’améliorer, et ils gagnent en importance grâce à leur polyvalence. Ils sont capables de manipuler des objets délicats comme les tissus biologiques, et ils peuvent s’adapter à des espaces plus étroits par rapport aux autres robots rigides. 

Shyni Varghee, celle qui est à l’origine de l’idée, est professeure de génie biomédical, de génie mécanique et de science des matériaux, et de chirurgie orthopédique à Duke.

Vardham Kumas est un étudiant en doctorat dans le laboratoire de Varghese et premier auteur de l’article. 

« J’ai reçu un e-mail de Shyni de l’aéroport disant qu’elle avait une idée pour un robot en caoutchouc qui utilise un hydrogel auto-réparateur que son groupe a inventé dans le passé pour réagir et se déplacer de manière autonome », a déclaré Kumar. « Mais c’était la limite de l’e-mail, et je n’ai plus eu de nouvelles d’elle pendant des jours. Alors l’idée est restée en suspens pendant un peu de temps jusqu’à ce que j’aie suffisamment de temps libre pour la poursuivre, et Shyni a dit de faire le nécessaire. »

Hydrogel auto-réparateur

En 2012, le laboratoire de Varghese a développé un hydrogel auto-réparateur capable de réagir aux changements de pH en quelques secondes. Un changement d’acidité provoque la formation de nouvelles liaisons sur l’hydrogel, et cela peut être inversé lorsque le pH revient à son niveau initial.

Une partie de la nouvelle idée de Varghese était d’utiliser l’hydrogel sur un robot en caoutchouc pour lui permettre de voyager sur l’eau tout en détectant les changements de pH à différents endroits. Elle a cherché un moyen pour que le laboratoire puisse créer ce type de robot qui agit comme un capteur environnemental autonome.

Rejoint par Ung Hyun Ko, un boursier postdoctoral dans le laboratoire de Varghese, Kumar a conçu un robot en caoutchouc basé sur une mouche. Après plusieurs tentatives, l’équipe a décidé de la forme d’une libellule, et il a été conçu avec un réseau de microcanaux intérieurs permettant de le contrôler par pression d’air.

Le corps du robot en caoutchouc mesure environ 5,7 cm de long, et son envergure est de 3,6 cm. Il a été créé en versant du silicone dans un moule en aluminium avant de le cuire. La lithographie souple a été utilisée pour créer des canaux intérieurs connectés à des tuyaux en silicone.

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DraBot

Le robot en caoutchouc résultant a été appelé DraBot. 

« Faire en sorte que DraBot réponde aux commandes de pression d’air sur de longues distances en utilisant uniquement des actionneurs auto-réparateurs sans électronique était difficile », a déclaré Ko. « C’était définitivement la partie la plus difficile. »

DraBot contrôle la pression d’air qui entre dans ses ailes, et les microcanaux transportent ensuite l’air dans les ailes avant. Il s’échappe ensuite par des trous pointés directement vers les ailes arrière. DraBot ne bouge pas si le flux d’air est bloqué par les deux ailes arrière étant abaissées. Cependant, si les deux ailes sont levées, il avance. 

L’équipe a également développé des actionneurs à ballon pour donner plus de contrôle, et ils sont situés sous chaque aile arrière près du corps du robot. Lorsqu’ils sont gonflés, l’aile se courbe vers le haut, et les chercheurs peuvent contrôler où le robot va en changeant les ailes qui sont levées ou abaissées.

« Nous étions heureux lorsque nous avons pu contrôler DraBot, mais il est basé sur des choses vivantes », a déclaré Kumar. « Et les choses vivantes ne se déplacent pas simplement d’elles-mêmes, elles réagissent à leur environnement. » 

L’équipe a utilisé l’hydrogel auto-réparateur en peignant un ensemble d’ailes avec lui, ce qui a rendu DraBot sensible aux changements de pH de l’eau. Si elle est trop acide, une aile avant se colle à l’aile arrière, provoquant le robot pour tourner en cercle plutôt que de se déplacer en ligne droite. Lorsque le pH revient à un niveau normal, l’hydrogel inverse et les ailes se séparent à nouveau, permettant à DraBot de devenir pleinement réactif aux commandes. 

Les chercheurs ont également ajouté des matériaux réactifs à la température, ce qui permet à DraBot de glisser sur l’eau et d’absorber l’huile avec des éponges. La couleur des éponges change en fonction de la couleur de l’huile, et lorsque l’eau est trop chaude, les ailes du robot changent également de couleur. 

Les nouveaux développements pourraient aider à lutter contre les problèmes environnementaux à l’avenir. Par exemple, un tel robot pourrait détecter l’acidification des eaux douces, qui affecte diverses régions géologiquement sensibles. Il pourrait également aider à détecter les déversements de pétrole tôt ou à détecter les signes précoces de marée rouge et de blanchissement des coraux.