Les ingénieurs donnent un cœur aux robots mous

Une équipe collaborative de chercheurs de Cornell et du Laboratoire de recherche de l’armée américaine a utilisé des forces hydrodynamiques et magnétiques pour actionner une pompe souple et déformable en caoutchouc qui fournit aux robots mous un système circulatoire. Ce système imite la biologie des animaux dans la nature. 

L’article intitulé « Magnetohydrodynamic Levitation for High-Performance Flexible Pumps » a été publié dans Proceedings of the National Academy of Sciences. 

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Rob Shepherd est professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à la Faculté de génie. Il a dirigé l’équipe de chercheurs à Cornell aux côtés de l’auteur principal Yoav Matia.

« Ces pompes souples distribuées fonctionnent beaucoup plus comme les cœurs humains et les artères à partir desquelles le sang est délivré », a déclaré Shepherd. « Nous avions du sang de robot que nous avons publié de notre groupe, et maintenant nous avons des cœurs de robot. La combinaison des deux rendra les machines plus similaires à la vie. »

Le laboratoire de robotique organique dirigé par Shepherd a précédemment utilisé des composites de matériaux souples pour concevoir une large gamme de technologies, telles qu’une peau « sensorielle » extensible et des affichages braille à propulsion de combustion et des vêtements qui surveillent les performances athlétiques. Ils ont également développé des robots souples qui peuvent marcher, ramper, nager et transpirer. Selon l’équipe, de nombreuses créations pourraient être appliquées dans les domaines des soins aux patients et de la rééducation. 

Création du système circulatoire

Les robots souples nécessitent un système circulatoire pour stocker de l’énergie et alimenter leurs appendices et leurs mouvements, ce qui leur permet de réaliser des tâches complexes. 

La pompe élastomérique nouvellement développée se compose d’un tube en silicone souple équipé de bobines de fil appelées solénoïdes. Ces solénoïdes sont espacés autour de l’extérieur de la pompe élastomérique, et les intervalles entre les bobines permettent au tube de se plier et de s’étirer. À l’intérieur du tube se trouve un noyau magnétique solide entouré d’un fluide magnétorhéologique, qui se raidit lorsqu’il est exposé à un champ magnétique. Cela maintient le noyau centré et crée un joint en même temps. En appliquant le champ magnétique de différentes manières, le noyau magnétique peut être déplacé vers l’avant et vers l’arrière pour pousser des fluides comme l’eau et les huiles de faible viscosité avec une force continue. 

Shepherd a été co-auteur principal de la recherche avec Nathan Lazarus du Laboratoire de recherche de l’armée américaine. 

« Nous fonctionnons à des pressions et des débits qui sont 100 fois supérieurs à ce qui a été réalisé dans d’autres pompes souples », a déclaré Shepherd. « Par rapport aux pompes rigides, nous sommes encore 10 fois inférieurs en termes de performances. Cela signifie que nous ne pouvons pas pousser des huiles très visqueuses à des débits élevés. »

Les chercheurs ont mené une expérience pour démontrer que le système de pompe peut maintenir des performances continues sous de grandes déformations. Ils ont également suivi les paramètres de performance pour garantir que les itérations futures puissent être personnalisées en fonction du robot. 

« Nous avons pensé qu’il était important d’avoir des relations d’échelle pour tous les paramètres de la pompe, afin que lorsque nous concevons quelque chose de nouveau, avec des diamètres de tube différents et des longueurs différentes, nous sachions comment nous devons régler la pompe pour les performances que nous voulons », a déclaré Shepherd.