Des chercheurs développent un RoboBee résilient avec des muscles mous

Les chercheurs du Laboratoire de microrobotique de Harvard à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), en collaboration avec le Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, ont développé un RoboBee alimenté par des muscles artificiels mous. Le microrobot est capable de s'écraser contre les murs, de tomber au sol et d'entrer en collision avec d'autres RoboBees sans subir de dommages. Dans ce qui est un grand moment pour la robotique, le RoboBee est le premier microrobot alimenté par des actionneurs souples capable d'effectuer un vol contrôlé. 

Yufeng Chen est le premier auteur de l'article et un ancien étudiant diplômé et boursier postdoctoral à SEAS.

"Il y a eu une grande poussée dans le domaine de la microrobotique pour fabriquer des robots mobiles à partir d'actionneurs souples, car ils sont si résistants", a déclaré Chen. "Cependant, de nombreuses personnes dans le domaine ont été sceptiques quant à leur utilisation pour des robots volants, car la densité de puissance de ces actionneurs n'a tout simplement pas été suffisamment élevée et ils sont notoirement difficiles à contrôler. Notre actionneur a une densité de puissance et une contrôlabilité suffisamment élevées pour réaliser un vol stationnaire.

La recherche a été publiée dans Nature.

Problèmes rencontrés

L'un des problèmes auxquels les chercheurs se sont attaqués était la densité de puissance. Ils se sont tournés vers les actionneurs souples à commande électrique qui ont été développés dans le laboratoire de David Clarke, professeur de matériaux de la famille élargie Tarr. Les actionneurs souples sont créés en utilisant des élastomères diélectriques, qui sont des matériaux souples qui ont de fortes propriétés isolantes. Lorsqu'un champ électrique est appliqué, les élastomères diélectriques se déforment. 

Après avoir amélioré la conductivité de l'électrode, l'actionneur a pu fonctionner à 500 Hertz. Ceci est similaire aux actionneurs rigides précédemment utilisés dans les robots. 

L'un des autres problèmes des actionneurs souples est que le système devient souvent instable. Pour surmonter cela, les chercheurs ont développé une cellule légère. Il s'agissait d'un morceau de fil vertical contraignant afin d'empêcher le flambage de l'actionneur. 

Capacité de vol

Dans les robots à petite échelle, les actionneurs souples peuvent être échangés et assemblés facilement. Les chercheurs ont développé plusieurs modèles différents du RoboBee à propulsion douce afin de présenter les différentes capacités de vol. 

L'un des modèles a deux ailes et peut décoller du sol. Cependant, ce modèle n'a pas de contrôle supplémentaire. Un modèle à quatre ailes et deux actionneurs est capable de voler dans un environnement encombré. En un seul vol, le RoboBee est capable d'éviter plusieurs collisions.

Elizabeth Farrell Helbling est une ancienne étudiante diplômée de SEAS et elle est co-auteur de l'article. 

"L'un des avantages des robots à petite échelle et de faible masse est leur résistance aux impacts externes", a-t-elle déclaré. "L'actionneur souple offre un avantage supplémentaire car il peut mieux absorber l'impact que les stratégies d'actionnement traditionnelles. Cela serait utile dans des applications potentielles telles que voler à travers les décombres pour des missions de recherche et de sauvetage.

Un autre modèle est le RoboBee à huit ailes et quatre actionneurs. Il est capable d'effectuer un vol stationnaire contrôlé, ce qui est la première fois qu'il est démontré par un microrobot volant à propulsion douce. 

Quelle est la prochaine étape?

Les chercheurs cherchent maintenant à augmenter l'efficacité du RoboBee à puissance douce. Il lui reste encore un long chemin à parcourir avant de rattraper les robots volants traditionnels. 

Robert Wood est titulaire de la chaire Charles River d'ingénierie et de sciences appliquées à SEAS. Il est également membre principal du corps professoral du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering et auteur principal de l'article. 

"Les actionneurs souples aux propriétés similaires à celles des muscles et à activation électrique représentent un grand défi en robotique", déclare le professeur Wood. "Si nous pouvions concevoir des muscles artificiels de haute performance, le ciel est la limite des robots que nous pourrions construire."