Les robots tordus naviguent dans des labyrinthes complexes sans humains ni logiciels

Une équipe de chercheurs de l’Université de Caroline du Nord et de l’Université de Pennsylvanie a développé des robots souples qui peuvent naviguer dans des environnements complexes sans intervention humaine ni logiciel informatique. 

L’article intitulé « Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments » a été publié dans les Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Démonstration de l’intelligence physique

Jie Yin est l’auteur principal de l’article de recherche et professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à NC State.

« Ces robots souples démontrent un concept appelé ‘intelligence physique’, ce qui signifie que la conception structurelle et les matériaux intelligents sont ce qui permet au robot souple de naviguer dans diverses situations, et non l’intelligence computationnelle », déclare Yin.

Les robots souples ont été construits avec des élastomères à cristal liquide sous la forme d’un ruban tordu. Lorsque le ruban est placé sur une surface qui est d’au moins 55 degrés Celsius, la partie du ruban qui touche la surface se contracte. En même temps, la partie du ruban exposée à l’air reste la même. Cela entraîne un mouvement de rotation, et plus la surface se réchauffe, plus le robot roule rapidement. 

« Cela a déjà été fait avec des tiges lisses, mais cette forme a un inconvénient – lorsqu’elle rencontre un objet, elle tourne simplement sur place », déclare Yin. « Le robot souple que nous avons créé sous la forme d’un ruban tordu est capable de négocier ces obstacles sans aucune intervention humaine ni informatique ». 

Navigation sans logiciel

Le robot est capable de le faire de deux manières. Lorsqu’une extrémité du ruban rencontre un objet, elle tourne légèrement pour contourner l’obstacle. Lorsque la partie centrale du robot rencontre un objet, elle « claque », ce qui est une libération rapide de l’énergie de déformation stockée qui fait sauter le ruban et le réoriente avant qu’il ne touche le sol. Le ruban peut claquer plus d’une fois avant de trouver l’orientation correcte qui lui permet de négocier l’obstacle. 

« Dans ce sens, c’est un peu comme les aspirateurs robotiques que beaucoup de gens utilisent chez eux », déclare Yin. « Sauf que le robot souple que nous avons créé tire son énergie de l’environnement et fonctionne sans aucun programme informatique ». 

Yao Zhao est le premier auteur de l’article et un chercheur postdoctoral à NC State. 

« Les deux actions, la rotation et le claquement, qui permettent au robot de négocier les obstacles fonctionnent sur un gradient », déclare Zhao. « Le claquement le plus puissant se produit si un objet touche le centre du ruban. Mais le ruban claquera encore si un objet le touche loin du centre, il sera simplement moins puissant. Et plus vous vous éloignez du centre, moins le claquement est prononcé, jusqu’à ce que vous atteigniez le dernier cinquième de la longueur du ruban, qui ne produit pas de claquement du tout ». 

L’équipe de chercheurs a mené de multiples expériences montrant comment le robot en forme de ruban peut naviguer dans divers environnements ressemblant à des labyrinthes. Ils ont également démontré que les robots souples fonctionneraient efficacement dans des environnements de désert, car ils peuvent grimper et descendre des pentes de sable meuble. 

« C’est intéressant, et amusant à regarder, mais plus important encore, cela fournit de nouvelles perspectives sur la façon dont nous pouvons concevoir des robots souples capables de récupérer l’énergie thermique des environnements naturels et de négocier des environnements complexes, non structurés, tels que les routes et les déserts hostiles », déclare Yin.

L’article a également été co-écrit par les étudiants en doctorat de NC State Yinding Chi, Yaoye Hong et Yanbin Li ; ainsi que Shu Yang, qui est professeur de science et de génie des matériaux à l’Université de Pennsylvanie.