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

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

La nouvelle démonstration de principe a été détaillée dans la revue Advanced Intelligent Systems le 25 mars.

Les robots en caoutchouc continuent de progresser et d’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, responsable de l’idée, est professeur de génie biomédical, de génie mécanique et de science des matériaux, ainsi que de chirurgie orthopédique à Duke.

Vardham Kumas est un étudiant en doctorat dans le laboratoire de Varghese et auteur principal 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-cicatrisant 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. Donc, 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 m’a dit d’y aller. »

Hydrogel auto-cicatrisant

En 2012, le laboratoire de Varghese a développé un hydrogel auto-cicatrisant capable de réagir aux changements de pH en quelques secondes. Un changement d’acidité entraîne 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 crée ce type de robot qui agit comme un capteur environnemental autonome.

Rejoint par Ung Hyun Ko, un chercheur 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 faire 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 à la pression d’air sur de longues distances 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 l’air dans les ailes avant. Il s’échappe ensuite par des trous pointés directement dans les ailes arrière. DraBot ne bouge pas si le flux d’air est bloqué par les deux ailes arrière baissées. 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 baissées.

« 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-cicatrisant en le peignant sur un ensemble d’ailes, ce qui a rendu DraBot réactif aux changements de pH de l’eau. Si elle est trop acide, une aile avant fusionne avec l’aile arrière, faisant tourner le robot en cercle au lieu de aller tout droit. Lorsque le pH revient à son niveau normal, l’hydrogel inverse et les ailes se séparent à nouveau, permettant à DraBot de devenir à nouveau 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 de couleur également.

Les nouveaux développements pourraient aider à combattre 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 premiers signes de marée rouge et de blanchissement des coraux. Les couleurs changent également. Les nouveaux développements pourraient aider à combattre 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 premiers signes de marée rouge et de blanchissement des coraux. Les couleurs changent également.