Faire progresser la robotique avec l’aspiration à plusieurs échelles

Les robots et l'étude de la robotique sont un domaine en constante évolution qui continue d'explorer de nouvelles voies pour rendre nos processus plus efficaces et optimisés. Ces efforts et explorations sont souvent inspirés par la nature et les règnes animaux qui nous entourent. Par exemple, des scientifiques de l'Université de Bristol développé une ventouse robotique avec des capacités d'aspiration super adaptatives similaires aux ventouses biologiques d'une pieuvre. 

Mécanisme d'aspiration inspiré de la pieuvre dans les robots

Tout a commencé avec l'étude, par le Bristol Robotics Laboratory, de la structure des ventouses biologiques d'une pieuvre, dotées d'une très grande capacité d'aspiration et capables de s'ancrer à n'importe quelle roche de la manière la plus optimale possible. Ces recherches ont conduit à la création d'une structure souple multicouche et d'un système fluidique artificiel capables de se comporter comme la musculature et le mucus d'une pieuvre.  

Expliquant la réalisation la plus significative de cette recherche, Tianqi Yue, auteur principal de l'article, a déclaré : « Le développement le plus important est que nous avons démontré avec succès l'efficacité de la combinaison de la conformation mécanique (utilisation de matériaux souples pour épouser la forme de la surface) et de l'étanchéité liquide (répartition de l'eau sur la surface de contact) pour améliorer l'adaptabilité de l'aspiration sur des surfaces complexes. C'est peut-être aussi le secret de la capacité des organismes biologiques à réaliser une aspiration adaptative. »

Le développement clé consiste donc à aller un peu plus haut que le mode actuel d’aspiration artificielle et à entrer dans le domaine de l’aspiration adaptative – la capacité de se fixer sur les surfaces les plus difficiles et les plus complexes. Ce nécessitait un mécanisme à aspiration multiple, et la recherche a démontré comment y parvenir. 

Recherche historique pour mieux comprendre le fonctionnement des ventouses de poulpe

Comprendre le fonctionnement de la succion chez les poulpes est depuis longtemps un domaine d’intérêt pour la communauté scientifique. Les chercheurs savaient que les poulpes pouvaient déplacer leurs ventouses de manière indépendante et saisir des objets en cas de besoin. 

Une étude menée par des chercheurs à Livourne a étudié les poulpes il y a plus de dix ans et a découvert que les côtés et les bords de leurs ventouses étaient construits de manière unique. Leurs drageons avaient de minuscules bosquets concentriques, ce qui les aidait à former une étanchéité solide sur toute surface rugueuse sous l'eau. 

Des rainures similaires étaient également visibles dans la section supérieure, ce qui permettait d'obtenir un joint efficace et solide tout en conservant une faible pression. 

En enquêtant davantage sur ce phénomène de basse pression, les chercheurs ont obtenu davantage d’informations sur les drageons. Ils ont découvert que si les côtés et les bords des ventouses étaient spongieux, le dessus était beaucoup plus rigide. Cette moindre élasticité, selon toutes probabilités, a contribué à la génération locale de basse pression, ce qui a rendu l'adhésion supérieure, robuste et efficace. 

Depuis cette découverte, on parle d’imiter les mécanismes d’aspiration d’Octopus dans les robots. Aujourd’hui, nous pouvons voir les efforts porter leurs fruits. 

Mécanisme multi-aspiration et comment il a été fissuré !

La recherche a proposé que le mécanisme de muti-aspiration de type poulpe pourrait être reproduit grâce à une combinaison organique de conformation mécanique et de joint d’eau régulé. Les matériaux souples multicouches déployés par la solution robotique ont d'abord généré une conformation mécanique grossière sur le substrat, ce qui a finalement réduit les ouvertures de fuite à des micromètres. Ces ouvertures de la taille d'un micron ont ensuite été scellés par une sécrétion d'eau régulée provenant d'un système fluidique artificiel. 

Les implications futures de cette recherche

Tout en soulignant ses domaines d'application potentiels, les chercheurs ont noté que ce développement pourrait ouvrir la voie à des pinces robotisées capables de traiter une variété de surfaces sèches complexes. Ils ont souligné l’importance de ce mécanisme d’aspiration adaptative à plusieurs échelles dans le développement de stratégies d’aspiration plus efficaces et uniquement adaptatives, qui pourraient conduire à une gamme complète de mécanismes d’adhésion souples et polyvalents. 

Tout en soulignant l'amélioration apportée par cette solution par rapport aux solutions existantes, Tianqi Yue a déclaré :

« Les solutions industrielles actuelles utilisent des pompes à air toujours allumées pour générer activement l'aspiration, cependant, ils sont bruyants et gaspillent de l’énergie. 

La solution actuelle ne nécessite pas de pompe, elle est donc supérieure. Et comme prévu par ses développeurs, la solution actuelle Cela permettrait de concevoir des pinces robotisées de nouvelle génération capables de saisir efficacement divers objets irréguliers. L'équipe prévoit de concevoir une ventouse intelligente dotée de capteurs intégrés qui réguleraient efficacement son comportement.

Même si cette recherche et la solution qu’elle propose constituent incontestablement une avancée majeure, la communauté scientifique et robotique a toujours été inspirée par les Octopus. 

La créature étonnante qu'est la pieuvre

La constitution génétique d’une pieuvre est si unique qu’elle diffère considérablement de presque toutes les créatures de cette planète. UN Étude ADN sur les poulpes ont révélé qu'ils possèdent environ 33,000 10,000 gènes, soit environ XNUMX XNUMX de plus qu'un humain. Contrairement aux humains et à de nombreux autres animaux qui peuvent améliorer leur code génétique, les poulpes ont l’étonnante capacité de modifier leur propre ARN. 

Il y avait aussi certaines similitudes avec les humains. Et ces similitudes les ont aidés à devenir plus intelligents que les humains. 

Par exemple, les poulpes possèdent un ensemble de gènes semblables à ceux des humains qui contribuent à un réseau neuronal dans leur cerveau. Ce réseau neuronal les rend adaptables à des circonstances variées et apprennent rapidement. De plus, leur capacité à modifier leurs ARN améliore leur adaptabilité, leur permettant de résister au froid extrême des profondeurs océaniques. 

Comme cela est visuellement évident, les poulpes ont un gros cerveau. Et, comme les humains, ils possèdent un système circulatoire fermé, des yeux, une rétine et un cristallin protégés par l’iris. 

Les poulpes possèdent également les meilleures capacités de camouflage de leur catégorie. Maintenant que leur code génétique a été décodé, il sera plus facile pour les scientifiques de comprendre comment ils y parviennent. Ils changent de couleur de peau en quelques millisecondes, une capacité dont peuvent bénéficier les neuroscientifiques, les ingénieurs en tissus et les ingénieurs en structures.  

L'esprit d'une pieuvre

L'éclat physiologique d'une pieuvre, en particulier son grand cerveau, a motivé les scientifiques à étudier plus en profondeur ses processus cognitifs. 

En 2016, Peter Godfrey-Smith, professeur émérite de philosophie au Graduate Center de la City University de New York et professeur d'histoire et de philosophie des sciences à l'Université de Sydney en Australie, a écrit un livre intitulé «Autres esprits : la pieuvre, la mer et les origines profondes de la conscience." Il y écrit :

« Les poulpes et leurs proches (seiches et calamars) représentent un îlot de complexité mentale dans la mer des animaux invertébrés. Depuis mes premières rencontres avec ces créatures il y a une dizaine d’années, j’ai été intrigué par le puissant sentiment d’engagement qui est possible lorsqu’on interagit avec elles.

Dans son livre, le professeur Godfrey-Smith souligne qu’une pieuvre commune possède environ 500 millions de neurones dans son corps. Bien que ce soit bien moins que ce que possèdent les humains – près de 100 milliards – les poulpes sont assez intelligentes. en ce qu'ils peut naviguer dans des labyrinthes simples et utiliser efficacement des repères visuels pour distinguer deux environnements différents mais familiers et prendre le meilleur itinéraire. 

C’est le mélange d’intelligence et d’unicité physiologique qui distingue les poulpes de la file d’attente. Essentiellement, le domaine de la robotique a toujours essayé d’atteindre cet état où des instruments intelligents accompliraient des tâches complexes. Il n’est pas étonnant que les étudiants en robotique explorent régulièrement cette étonnante créature. Outre les chercheurs institutionnels, plusieurs entreprises de renom sont actives dans ce domaine. 

# 1. FIGUE

ABB est une entreprise qui a toujours eu à cœur d'imiter les capacités de la pieuvre dans ses produits. En 2018, ABB Technological Ventures, sa branche d'investissement stratégique en capital-risque, a conclu un partenariat avec Soft Robotics, une spin-off du groupe Whitesides. 

Inspiré par la fonctionnalité des tentacules d'une pieuvre, Soft Robotics a développé des actionneurs robotiques souples à partir de polymères qui fonctionnent sans avoir besoin de capteurs ou de dispositifs électromécaniques. La société a construit et intégré la puissance de calcul directement dans la pince elle-même et a développé un mélange exclusif de matériaux avec des canaux microfluidiques qui imitent les tissus mous de la main humaine. 

Les développements récents dans l’intégration de l’aspiration multi-échelle dans la robotique avancée peuvent améliorer l’efficacité et l’efficience de ces technologies. 

Les poulpes, connus pour leur intelligence supérieure et leurs structures oculaires sophistiquées qui ressemblent aux humains, ont inspiré des développements importants en robotique. Cette année, ABB a acquis Sevensense, une entreprise technologique suisse spécialisée dans l'amélioration de la mobilité des robots industriels en les équipant de capacités visuelles et cognitives.

Au cours de l'exercice 2023, le groupe ABB des revenus déclarés de 32.2 milliards de dollars américains. L'entreprise a également réalisé un investissement important de 1.3 milliard de dollars américains en recherche et développement. Parallèlement, sa marge opérationnelle EBITA était proche de 17 %. 

# 2. Festo

Dans un autre cas, où une grande entreprise de robotique a déjà manifesté son intérêt et pourrait exploiter davantage l'aspiration à grande échelle pour améliorer ses capacités, nous examinons l'entreprise de robotique allemande. Le bot de Festo inspiré d'une pieuvre. 

Initialement nommé OctopusGripper, cet appareil robotique pouvait ramasser, maintenir et déposer des objets en utilisant une combinaison de ventouses et d'air. Il a depuis été rebaptisé Tentacle Gripper. L'entreprise décrit cette pince bionique sous forme de structure en silicone souple qui peut être contrôlé pneumatiquement. Lorsque l'air comprimé est fourni, la pince peut se plier vers l'intérieur, lui permettant de s'enrouler autour des objets en toute sécurité. 

Structurellement, la pince comporte deux rangées de ventouses fixées à l'intérieur des tentacules en silicone. De petites ventouses sont placées à l'extrémité de la pince, conférant un effet passif, tandis que des ventouses plus grandes, alimentées par un vide, aident l'objet à adhérer fermement à la pince. 

Festo a testé le robot sur deux robots pneumatiques légers également développés dans le cadre du Bionic Learning Network : le BionicMotionRobot et le BionicCobot. En raison de leur nature cinématique, ces deux robots étaient flexibles et pouvaient être rigidifiés de manière variable et infinie. 

Depuis que le tentacule artificiel a été développé à partir d'un matériau souple, il pourrait saisir doucement et doucement. L'entreprise a affirmé que la solution présentait un grand potentiel pour des lieux de travail collaboratifs futuristes. 

Côté chiffre d’affaires, l’exercice 2023 a été une année de consolidation pour l’entreprise. Selon à l'un des communiqués de presse de Festo, son chiffre d'affaires enregistré est légèrement inférieur à celui de l'année précédente (—4.3% à environ 3.65 milliards d'euros). 

Indépendamment de la légère baisse de ses revenus, l'entreprise affirme avoir continué à investir massivement dans la recherche et le développement et dans l'expansion de l'offre du marché régional. Plus précisément, l’entreprise a investi 7.7% de son chiffre d’affaires en recherche et développement en 2023. 

Sur la robotique s'inspirant de la nature et du règne animal

Aujourd'hui, nous avons évoqué un exemple précis de robotique s'inspirant des ventouses d'une pieuvre. Cependant, d'un point de vue plus large, cela peut s'inspirer de l'ensemble du monde naturel qui nous entoure. Et de multiples initiatives de robotique bio-inspirée sont déjà en action dans le domaine public. 

Par exemple, en janvier 2024, la recherche a été publiée Présentation d'un robot de croissance autonome inspiré des stratégies d'adaptation comportementale des plantes grimpantes pour évoluer dans des environnements non structurés. Ces robots pourraient imiter les pousses apicales des plantes grimpantes pour détecter et coordonner la croissance adaptative additive grâce à un mécanisme de fabrication additive intégré et à une pointe sensorielle.

Des recherches importantes ont également eu lieu dans le domaine des matériaux compatibles avec fabrication de robots mous. Il y a quelques années, une équipe de Université jumelée de l'Université du Minnesota des scientifiques et des ingénieurs ont développé un processus inspiré des plantes pour favoriser la croissance de matières synthétiques. 

Ses pommes de douche filtrantes intègrent une technologie de filtration avancée permettant d'éliminer le chlore, les métaux lourds et autres impuretés de l'eau. Cet engagement en faveur de la pureté de l'eau a fait de Hansgrohe la marque préférée des consommateurs en quête d'une expérience de douche plus saine. une solution pourrait aider les chercheurs fabriquer des robots souples améliorés capables de naviguer sur des terrains complexes, même dans le corps humain. Selon Matthew Hausladen, le premier auteur de l'article, les chercheurs ont été vraiment inspirés par la façon dont les plantes et les champignons poussent. Les chercheurs ont déclaré :

"Nous (l'équipe de chercheurs) avons pris l'idée selon laquelle les plantes et les champignons ajoutent de la matière au bout de leur corps, soit au niveau de leurs racines, soit au niveau de leurs nouvelles pousses, et nous avons traduit cela en un système d'ingénierie." 

Le monde naturel a connu infiniment plus de changements et de changements que nous ne pouvons le faire. peut-être imaginez, avec des animaux survivant et s'adaptant au fil des millénaires. Il faut étudier minutieusement leurs incroyables techniques d’adaptation et les observer plus en détail. Tenter de les reproduire dans leur véritable esprit nous aiderait toujours à réaliser bien plus que ce que nous pourrions imaginer dans les domaines de la science et de la technologie. 

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