Les chercheurs développent un RoboBee résilient avec des muscles mous

Les chercheurs du Laboratoire de microrobotique Harvard à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), ainsi que l’Institut Wyss pour l’ingénierie biologiquement inspirée, ont développé un RoboBee alimenté par des muscles artificiels mous. Le microrobot est capable de percuter des murs, de tomber au sol et de entrer en collision avec d’autres RoboBees sans subir de dommages. C’est un grand moment pour la robotique, le RoboBee est le premier microrobot alimenté par des actionneurs mous capable d’atteindre un vol contrôlé. 

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

“Il y a eu une grande poussée dans le domaine de la microrobotique pour créer des robots mobiles à partir d’actionneurs mous parce qu’ils sont si résilients”, a déclaré Chen. “Cependant, de nombreuses personnes dans le domaine ont été sceptiques quant à leur utilisation pour les robots volants parce que la densité de puissance de ces actionneurs n’a simplement pas été suffisamment élevée et ils sont notoirement difficiles à contrôler. Notre actionneur a une densité de puissance et une contrôlabilité suffisantes pour atteindre un vol stationnaire.”

La recherche a été publiée dans Nature.

Problèmes rencontrés

L’un des problèmes auxquels les chercheurs ont été confrontés était la densité de puissance. Ils se sont tournés vers les actionneurs mous à entraînement électrique développés dans le laboratoire de David Clarke, le professeur Extended Tarr Family de matériaux. Les actionneurs mous sont créés en utilisant des élastomères diélectriques, qui sont des matériaux mous ayant des propriétés isolantes fortes. Lorsqu’un champ électrique est appliqué, les élastomères diélectriques se déforment. 

Après avoir amélioré la conductivité de l’électrode, l’actionneur a pu être exploité à 500 Hertz. C’est similaire aux actionneurs rigides utilisés précédemment dans les robots. 

L’un des autres problèmes avec les actionneurs mous est que le système devient souvent instable. Pour contourner cela, les chercheurs ont développé un châssis léger. Il se compose d’un fil de contrainte vertical pour empêcher l’actionneur de se déformer. 

Capacité de vol

Dans les petits robots, les actionneurs mous peuvent être facilement interchangés et assemblés. Les chercheurs ont développé plusieurs modèles de RoboBee à propulsion molle pour mettre en évidence 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. Au cours d’un seul vol, le RoboBee peut éviter plusieurs collisions.

Elizabeth Farrell Helbling est une ancienne étudiante diplômée à la SEAS, et elle a co-écrit l’article. 

“L’un des avantages des robots à petite échelle et à faible masse est leur résilience aux impacts externes”, a-t-elle déclaré. “L’actionneur mou offre un avantage supplémentaire car il peut absorber l’impact mieux que les stratégies d’actionnement traditionnelles. Cela serait utile dans des applications potentielles telles que le vol 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 molle. 

Que vient-il ensuite ?

Les chercheurs cherchent maintenant à augmenter l’efficacité du RoboBee à propulsion molle. Il lui reste encore beaucoup à faire avant de rattraper les robots volants traditionnels. 

Robert Wood est un professeur Charles River d’ingénierie et de sciences appliquées à la SEAS. Il est également membre du corps professoral de l’Institut Wyss pour l’ingénierie biologiquement inspirée et auteur principal de l’article. 

“Les actionneurs mous avec des propriétés de muscle et une activation électrique représentent un grand défi en robotique”, déclare le professeur Wood.  “Si nous pouvions concevoir des muscles artificiels à haute performance, le ciel est la limite pour les robots que nous pourrions construire.”