Des chercheurs développent un flux de processus pour guider l’impression 3D dans le domaine de la robotique molle

La robotique molle est un domaine en pleine croissance dans l’intelligence artificielle. Ces systèmes sont capables de s’adapter en toute sécurité à des environnements complexes, et ils peuvent avoir diverses conceptions et échelles de longueur, allant de la taille du mètre à la sous-micrométrie. 

Les robots mous qui sont à l’échelle du millimètre ont une importance particulière, car ils sont capables de se composer d’une combinaison d’actionneurs miniatures contrôlés par pression pneumatique. Ces robots mous sont utiles pour la navigation dans des espaces confinés complexes et la manipulation d’objets petits. 

L’une des conséquences de la réduction de la taille des robots pneumatiques mous à l’échelle du millimètre est qu’ils ont alors des caractéristiques plus fines. Celles-ci sont réduites de plus d’un ordre de grandeur. Cette conception nécessite une grande délicatesse lors de leur création par des moyens traditionnels tels que le moulage et la lithographie molle. Il existe de nouvelles technologies comme le traitement de la lumière numérique (DLP) qui produisent des résolutions théoriques élevées, mais il est encore difficile de le faire sans bouchage. Des exemples réussis d’impression 3D de robots pneumatiques mous miniatures sont rares. 

Des chercheurs de Singapour et de Chine, principalement de l’Université de technologie et de design de Singapour (SUTD), de l’Université des sciences et de la technologie du Sud (SUSTech), et de l’Université de Zhejiang (ZJU), ont créé un flux de processus générique pour guider l’impression 3D DLP d’actionneurs pneumatiques miniatures pour les robots mous. Ceux-ci ont une taille globale de 2-15 mm. La recherche a été publiée dans Advanced Materials Technologies. 

“Nous avons exploité l’efficacité élevée et la résolution du traitement de la lumière numérique 3D pour fabriquer des actionneurs de robots mous miniatures,” a déclaré le professeur associé Qi (Kevin) Ge de l’SUSTech, chercheur principal du projet de recherche. “Pour assurer une fidélité d’impression fiable et des performances mécaniques dans les produits imprimés, nous avons introduit un nouveau paradigme pour une formulation de matériau systématique et efficace et la définition de paramètres de traitement clés.”

Le fonctionnement de l’impression 3D DLP consiste à ajouter des photo-absorbeurs à des solutions de polymères. Cela améliore les résolutions d’impression dans les directions latérales et verticales. L’augmentation de la quantité entraîne une dégradation rapide de l’élasticité du matériau. L’élasticité est extrêmement importante pour les robots mous pour supporter de grandes déformations. 

“Pour atteindre un compromis raisonnable, nous avons d’abord sélectionné un photo-absorbeur avec une bonne absorbance à la longueur d’onde de la lumière UV projetée et déterminé la formulation de matériau appropriée en fonction des tests de performance mécanique. Ensuite, nous avons caractérisé la profondeur de durcissement et la fidélité XY pour identifier la combinaison appropriée de temps d’exposition et d’épaisseur de couche découpée,” a expliqué le co-premier auteur Yuan-Fang Zhang de la SUTD.

“En suivant ce flux de processus, nous sommes capables de produire une variété d’actionneurs de robots pneumatiques mous miniatures avec diverses structures et modes de morphing, tous plus petits qu’une pièce d’un dollar de Singapour, sur un système d’impression 3D multimatériaux auto-construit. La même méthodologie devrait être compatible avec les imprimantes 3D stéréolithographiques (SLA) ou DLP commerciales, car aucune modification matérielle n’est requise,” a déclaré l’auteur correspondant, le professeur Qi Ge de la SUSTech.

En outre, les chercheurs ont également développé un nettoyeur de débris mous doté d’un manipulateur continu et d’une pince pneumatique molle imprimée en 3D. Il est capable de naviguer dans un espace confiné et de collecter de petits objets situés dans des endroits difficiles d’accès. 

Ces nouveaux développements aideront dans le processus d’impression 3D de robots mous miniatures avec des géométries complexes et des conceptions multimatériaux sophistiquées. L’intégration d’actionneurs pneumatiques mous imprimés en 3D dans un système robotique offrira de nombreuses opportunités. Ces nouvelles technologies pourront être appliquées à des applications telles que la maintenance de moteurs d’avion et la chirurgie mini-invasive, et elles continueront à être développées pour bénéficier à davantage de domaines. 

Voir plus de l’Université de technologie et de design de Singapour, où vous pouvez trouver des informations sur les recherches actuelles menées dans ces domaines.