Robotique métal-mangeuse capable de suivre un chemin métallique sans ordinateur ni batterie

Un robot « métal-mangeur » récemment développé peut suivre un chemin métallique 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 unités d’alimentation électrique connectées aux roues du côté opposé.

Les batteries constituent l’un des principaux obstacles dans le domaine de la robotique. Plus elles ont d’énergie, plus leur poids est important. Ce poids signifie que le robot doit également avoir plus d’énergie pour se déplacer, et même si certaines sources d’énergie comme les panneaux solaires sont utiles dans certaines applications, il faut trouver un moyen plus consistant, rapide et durable.

James Pikul est professeur adjoint au département de génie mécanique et de mécanique appliquée de l’Université de Pennsylvanie. Il développe actuellement la nouvelle technologie en s’appuyant sur une source de tension contrôlée par l’environnement, ou ECVS, au lieu d’une batterie.

Avec un ECVS, l’énergie est produite en rompant et en formant des liaisons chimiques, et il est possible 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 a puisé son inspiration dans la nature, en regardant spécifiquement comment les animaux forment 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 Advanced Intelligent Systems.

Pikul a été rejoint par les membres de son 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 des unités ECVS différentes, et elles démontrent des capacités de navigation et de recherche de base à mesure que le robot se déplace automatiquement vers et « mange » des surfaces métalliques.

L’étude n’a pas seulement arrêté là, car elle a également démontré comment des comportements plus complexes pouvaient être réalisés sans processeur central. Le robot peut effectuer différentes opérations logiques en fonction de sa source de nourriture, ce qui est réalisé en ayant des dispositions spatiales et séquentielles différentes des unités ECVS.

« Les bactéries sont capables de naviguer de manière autonome vers les nutriments par un processus appelé chimiotaxie, où elles détectent et répondent aux changements de concentrations chimiques », déclare 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 voulions donc explorer comment notre technologie ECVS pourrait reproduire ce type de comportement. »

Test du robot

Les chercheurs ont testé le nouveau robot en le plaçant sur une surface en aluminium qui peut alimenter ses unités ECVS, et ils ont ensuite ajouté des « dangers » qui rompraient le contact entre le robot et le métal. Dans les expériences, les unités ECVS ont pu déplacer le robot et le guider vers des sources d’énergie riches.

« D’une certaine manière », déclare 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 enrubanné de ruban isolant, et en connectant les unités ECVS aux roues du côté opposé, le robot a pu suivre de manière autonome le chemin métallique entre deux lignes de ruban. Par exemple, l’ECVS de droite perdrait de l’énergie en premier si le chemin se courbait vers la gauche, ce qui ferait ralentir les roues gauche du robot et s’éloigner du danger.

L’équipe a également utilisé un gel isolant visqueux comme danger, et le robot a pu l’essuyer lentement en passant au-dessus. La conception du robot peut maintenant être améliorée à mesure que les chercheurs apprennent ce que l’ECVS peut détecter, et ces éléments peuvent être intégrés dans la conception du robot.

« Connecter les unités ECVS à des moteurs opposés permet au robot d’éviter les surfaces qu’il n’aime pas », déclare Pikul. « Mais lorsque les unités ECVS sont connectées en parallèle à deux moteurs, elles fonctionnent comme une porte « OU », dans le sens qu’elles ignorent les changements chimiques ou physiques qui se produisent sous une seule source d’alimentation. »

« Nous pouvons utiliser ce type de connexion pour correspondre aux préférences biologiques », déclare-t-il. « Il est important de pouvoir faire la différence entre les environnements qui sont dangereux et qui doivent être évités, et ceux qui sont simplement inconvenants et peuvent être traversés si nécessaire. »

Les robots autonomes et sans ordinateur pourront effectuer des comportements plus complexes à mesure que la technologie ECVS évolue, et l’environnement entourant jouera un grand rôle dans la conception de l’ECVS. Par exemple, de petits robots pourraient être développés pour naviguer dans des environnements dangereux et étroits.

« Si nous avons différents ECVS qui sont accordés à différentes chimies, nous pouvons avoir des robots qui évitent les surfaces qui sont dangereuses, mais qui passent à travers celles qui se trouvent sur le chemin d’un objectif », déclare Pikul.