Les scientifiques créent des robots légers inspirés des articulations des araignées

Les scientifiques de l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents en Allemagne et de l’Université du Colorado Boulder aux États-Unis ont développé de nouveaux robots légers en utilisant les principes des articulations des araignées.

La recherche intitulée « Actionneurs électrohydrauliques inspirés des araignées pour des articulations rapides et à actionnement doux » a été publiée dans Advanced Science.

Les araignées servent souvent d’inspiration dans le domaine de la robotique, notamment parce qu’elles déplacent leurs membres par des mécanismes d’actionnement hydraulique lorsqu’elles chassent, ce que les scientifiques tentent de mettre en œuvre dans les robots.

En utilisant ces principes, l’équipe de scientifiques a pu actionner des robots articulés sans composants encombrants et connecteurs, ce qui les rend plus légers et plus rapides.

En raison de la simplicité des structures légères utilisées dans sa construction, le robot peut sauter 10 fois sa hauteur.

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Articulations SES

Les scientifiques ont reposé sur des articulations électrohydrauliques inspirées des araignées et à actionnement doux, ou articulations SES, pour obtenir de hautes performances dans les robots. Les articulations peuvent être configurées de différentes manières, même en dehors d’un robot-araignée.

L’article de recherche présente une articulation bidirectionnelle, un membre artificiel multi-segmenté et une pince à trois doigts, qui peuvent être utilisés pour saisir et manipuler des objets. Toutes ces créations ont des caractéristiques similaires. Elles sont légères, simples et présentent de hautes performances, ce qui les rend utiles pour les systèmes robotiques qui nécessitent des mouvements rapides et interagissent avec différents environnements.

Les articulations SES étaient basées sur la technologie HASEL précédemment inventée par l’équipe pour construire des muscles artificiels. Les articulations SES imitent un mécanisme d’exosquelette qui comporte à la fois des éléments rigides et plus souples, semblable à la façon dont une araignée étend ses pattes par des forces hydrauliques.

Développement des robots inspirés des araignées

Les scientifiques ont d’abord créé une poche flexible en films plastiques minces, qui étaient remplis d’un diélectrique liquide. Des électrodes ont ensuite été placées de chaque côté de la poche, et les poches ont servi d’actionneurs, avec la puissance hydraulique générée par des forces électrostatiques.

La poche est connectée à une articulation rotative, et lorsque une haute tension est appliquée entre les électrodes, le diélectrique liquide se déplace à l’intérieur de la poche et l’articulation se flexe. Les articulations SES peuvent tourner jusqu’à 70 degrés, ce qui conduit à des couples élevés, et elles peuvent revenir à la position de départ très facilement.

Christoph Keplinger est directeur du département des matériaux robotiques de l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents.

« Les articulations SES sont très simples et légères, car il n’y a pas de composants périphériques qui alourdissent le robot », déclare Keplinger. « De nombreuses applications pour les robots souples nécessitent des actionneurs polyvalents. Ces articulations inspirées des araignées permettent une grande fonctionnalité et consomment très peu de puissance, elles sont faciles et peu coûteuses à fabriquer — les plastiques que nous utilisons sont pour l’emballage alimentaire — et leur production est facilement scalable. Ce sont toutes des qualités qui sont essentielles pour la conception de robots qui peuvent se déplacer de différentes manières et manipuler une variété d’objets sans les casser. »

Les scientifiques ont démontré la polyvalence des articulations SES grâce à l’application d’une pince à trois doigts. Si la pince reposait sur une structure similaire à un muscle, elle aurait été obstruée lorsqu’elle essayait de saisir un objet. Mais avec les articulations SES comme charnières, beaucoup moins d’espace est nécessaire.

Nicholas Kellaris est le premier auteur de l’article.

« La recherche se distingue parce que nous pouvons utiliser une grande variété de matériaux, même le plastique utilisé pour les sachets de chips pour créer les poches », déclare Kellaris. « Cela nous permet de mettre en œuvre les SES dans une grande variété de géométries avec des caractéristiques d’actionnement spécifiquement réglées. »

Phillip Rothemund est le deuxième auteur de la publication.

« L’objectif ultime de notre recherche n’était pas de créer un robot-araignée », ajoute Rothemund. « Nous voulions développer une articulation active de pointe que l’on peut mettre dans n’importe quel type de robot. »