Un robot mangeur de métal peut suivre le chemin du métal sans ordinateur ni batterie

Un robot « mangeur de métal » nouvellement développé peut suivre un chemin de métal sans avoir besoin d'un ordinateur ou d'une batterie. Le robot peut naviguer de manière autonome vers des surfaces en aluminium et s'éloigner des dangers grâce aux blocs d'alimentation câblés aux roues du côté opposé.

Les batteries sont l'un des principaux obstacles dans le domaine de la robotique. Plus ils ont d'énergie, plus le poids est lourd. Ce poids signifie que le robot doit également avoir plus d'énergie pour se déplacer, et bien que certaines sources d'énergie comme les panneaux solaires soient utiles dans certaines applications, il doit y avoir un moyen plus cohérent, rapide et durable.

James Pikul est professeur adjoint au Département de génie mécanique et de mécanique appliquée de Penn Engineering. Il développe actuellement la nouvelle technologie en s'appuyant sur une source de tension à environnement contrôlé, ou ECVS, au lieu d'une batterie.

Avec un ECVS, l'énergie est produite en brisant et en formant des liaisons chimiques, et il est capable de réduire le poids en trouvant les liaisons chimiques dans l'environnement du robot. L'unité ECVS catalyse une réaction d'oxydation avec l'air ambiant lorsqu'elle entre en contact avec une surface métallique, et c'est ce qui alimente le robot. 

Pikul s'est inspiré de la nature, en examinant spécifiquement comment les animaux forgent des liaisons chimiques sous forme de nourriture comme source d'énergie. Même sans « cerveau », ces nouveaux robots alimentés par ECVS recherchent également leur source de nourriture.

La nouvelle étude a été publiée dans Systèmes intelligents avancés. 

Pikul a été rejoint par les membres du laboratoire Min Wang et Yue Gao, et l'équipe a démontré comment les robots alimentés par ECVS pouvaient naviguer dans l'environnement sans avoir besoin d'un ordinateur. Les roues gauche et droite du robot sont alimentées par différentes unités ECVS, et elles démontrent des capacités de navigation et de recherche de nourriture de base lorsque le robot se déplace automatiquement vers et « mange » des surfaces métalliques.

L'étude ne s'est pas arrêtée là, car elle a également démontré comment un comportement plus compliqué pouvait être obtenu sans processeur central. Le robot peut effectuer différentes opérations logiques en fonction de sa source de nourriture, ce qui est obtenu en ayant différentes dispositions spatiales et séquentielles des unités ECVS.

"Les bactéries sont capables de naviguer de manière autonome vers les nutriments grâce à un processus appelé chimiotaxie, où elles détectent et réagissent aux changements de concentrations chimiques", explique Pikul. "Les petits robots ont des contraintes similaires à celles des micro-organismes, car ils ne peuvent pas transporter de grosses batteries ou des ordinateurs compliqués, nous avons donc voulu explorer comment notre technologie ECVS pourrait reproduire ce type de comportement."

Tester le robot

Les chercheurs ont testé le nouveau robot en le plaçant sur une surface en aluminium pouvant alimenter ses unités ECVS, puis ils ont ajouté des "risques" qui rompraient le contact entre le robot et le métal. Dans les expériences, les unités ECVS ont pu déplacer le robot et le diriger vers des sources riches en énergie.

"D'une certaine manière", dit Pikul, "ils sont comme une langue en ce sens qu'ils détectent et aident à digérer l'énergie."

L'un des dangers utilisés par l'équipe était un chemin incurvé de ruban isolant, et en câblant les unités ECVS aux roues du côté opposé, le robot pouvait suivre de manière autonome la voie métallique entre deux lignes de ruban. Par exemple, l'ECVS de droite perdrait de la puissance en premier si la voie s'incurvait vers la gauche, ce qui ralentissait les roues gauches du robot et s'éloignait du danger.

L'équipe a également utilisé un gel isolant visqueux comme danger, et le robot a pu l'essuyer lentement tout en roulant dessus. La conception du robot peut maintenant être améliorée à mesure que les chercheurs apprennent ce que l'ECVS peut capter, et ceux-ci peuvent être intégrés à sa conception. 

« Le câblage des unités ECVS à des moteurs opposés permet au robot d'éviter les surfaces qu'il n'aime pas », explique Pikul. "Mais lorsque les unités ECVS sont en parallèle avec les deux moteurs, elles fonctionnent comme une porte" OU ", en ce sens qu'elles ignorent les changements chimiques ou physiques qui se produisent sous une seule source d'alimentation."

"Nous pouvons utiliser ce type de câblage pour correspondre aux préférences biologiques", dit-il. "Il est important de pouvoir faire la différence entre les environnements dangereux et à éviter, et ceux qui sont simplement gênants et peuvent être traversés si nécessaire."

Les robots autonomes et sans ordinateur pourront entreprendre des comportements plus complexes à mesure que la technologie ECVS évolue, et l'environnement environnant jouera un rôle important dans la conception de l'ECVS. Par exemple, de minuscules robots pourraient être développés pour naviguer dans des environnements dangereux et étroits.

"Si nous avons différents ECVS adaptés à différentes chimies, nous pouvons avoir des robots qui évitent les surfaces dangereuses, mais qui traversent celles qui font obstacle à un objectif", explique Pikul.