Les chercheurs font progresser la prochaine génération de robots en caoutchouc doux

Les chercheurs de l’École d’ingénierie et de sciences appliquées Harvard John A. Paulson (SEAS) ont développé des valves en caoutchouc doux actionnées par électricité qui peuvent contrôler les actionneurs en caoutchouc doux hydrauliques. Selon l’équipe, ces valves pourraient être appliquées dans des dispositifs d’assistance et de thérapie, des pinces en caoutchouc doux, des robots en caoutchouc doux bio-inspirés, des robots chirurgicaux et bien plus encore.

Le défi de construire des robots en caoutchouc doux

Les chercheurs ont encore du mal à construire des robots entièrement en caoutchouc doux car ils nécessitent de nombreux composants pour alimenter les appareils, et ces appareils sont rigides. Les robots en caoutchouc doux actionnés par des fluides sous pression ouvrent de nouvelles opportunités pour interagir avec des objets délicats, ce que les robots rigides traditionnels ne peuvent pas faire. C’est pourquoi ce nouveau développement est si crucial.

La recherche a été publiée dans les Proceedings de l’Académie nationale des sciences (PNAS). Elle a été soutenue par la National Science Foundation et la National Robotic Initiative.

Robert J. Wood est professeur d’ingénierie et de sciences appliquées à la SEAS et auteur principal de la recherche. 

“Les systèmes de régulation rigides d’aujourd’hui limitent considérablement l’adaptabilité et la mobilité des robots en caoutchouc doux actionnés par des fluides,” a déclaré Wood. “Ici, nous avons développé des valves en caoutchouc doux et légères pour contrôler les actionneurs hydrauliques en caoutchouc doux qui ouvrent des possibilités pour les commandes en caoutchouc doux à bord pour les futurs robots en caoutchouc doux actionnés par des fluides.”

Valves en caoutchouc doux

Bien que les valves en caoutchouc doux existent depuis un certain temps, aucune n’a encore atteint les pressions ou les débits requis pour les actionneurs hydrauliques existants. Pour contourner ce problème, l’équipe a développé de nouveaux actionneurs électriques dynamiques à élastomère diélectrique, ou DEA. Avec une densité de puissance ultra-élevée et une légèreté, ces actionneurs en caoutchouc doux peuvent fonctionner pendant des centaines de milliers de cycles. 

L’équipe a ensuite combiné les nouveaux actionneurs à élastomère diélectrique avec un canal en caoutchouc doux, ce qui a créé une valve en caoutchouc doux pour le contrôle des fluides.

Siyi Xu est un étudiant diplômé à la SEAS et auteur principal de l’article. 

“Ces valves en caoutchouc doux ont un temps de réponse rapide et sont capables de contrôler la pression et les débits de fluides qui correspondent aux besoins des actionneurs hydrauliques,” a déclaré Xu. “Ces valves nous offrent un contrôle rapide et puissant des actionneurs hydrauliques macro- et à petite échelle avec un volume interne allant de quelques centaines de microlitres à des dizaines de millilitres.” 

Les chercheurs ont utilisé les valves DEA en caoutchouc doux pour démontrer le contrôle des actionneurs hydrauliques de différents volumes. Ils ont pu atteindre un contrôle indépendant de plusieurs actionneurs alimentés par une seule source de pression.

“Cette valve DEA compacte et légère est capable d’un contrôle électrique sans précédent des actionneurs hydrauliques, montrant le potentiel pour un contrôle de mouvement à bord futur des robots en caoutchouc doux actionnés par des fluides,” a déclaré Xu. 

Les autres co-auteurs de la recherche comprenaient Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun et Kaitlyn Becker.