Les céramiques sont-elles la clé pour élargir les sens en robotique souple afin d’inclure le toucher et la température ?

Qu'on le veuille ou non, votre prochain collègue pourrait être un robot. Aujourd'hui, de plus en plus de personnes travaillent aux côtés de machines autonomes. Ces dispositifs sont idéaux pour accomplir des tâches allant du tri d'objets à la réalisation d'opérations chirurgicales. En conséquence, il existe une forte demande pour élargir la gamme des sens, permettant à ces appareils de mieux comprendre leur environnement.

Les robots capables de ressentir et de manipuler des objets comme une main humaine sont en cours de développement. Récemment, un groupe d'ingénieurs d'Empa a poussé le concept de robots sensibles un cran plus loin. Voici tout ce que vous devez savoir sur la façon dont la céramique pourrait être la clé pour créer des robots capables de percevoir la température, le toucher, la pression et bien plus encore.

Étude sur les céramiques intelligentes

L'étude « Sensor-Embedded Muscle for Closed-Loop Controllable Actuation in Proprioceptive Biohybrid Robots »,¹ publiée dans Advanced Intelligent Systems, détaille comment les ingénieurs ont utilisé des céramiques avancées pour créer des composants robotiques capables de ressentir. Dans cet article, les ingénieurs explorent en profondeur la création de dispositifs de sensation artificielle qui exploitent des impulsions électriques et des capteurs directement intégrés à la surface du robot.

Céramiques souples

Pour comprendre le projet, il faut d'abord prendre un moment pour reconnaître que les céramiques existent sous de nombreuses formes. Si vous pensez aux objets de décoration ou de cuisine, il existe également des céramiques haute performance. Ces dernières conduisent l'électricité et offrent une structure solide pour de nombreux appareils électroniques aujourd'hui. Notamment, les chercheurs ont commencé leurs travaux en expérimentant différentes céramiques afin d'enregistrer leurs comportements et leurs capacités.

Lors des essais, l'équipe a détaillé comment elle a pris ce matériau et l'a réduit en minuscules particules. Ces particules ont ensuite été incorporées dans une matrice thermoplastique. Fait intéressant, une imprimante 3D professionnelle a été utilisée pour garantir que le processus d'incorporation était réalisé avec précision. Ensuite, le plastique extensible a été manipulé, permettant aux ingénieurs d'observer le comportement du matériau à travers une variété d'élasticités et de positions différentes.

Test des céramiques haute performance

Les matériaux des capteurs souples ont été testés pour vérifier s'ils pouvaient détecter la température, la déformation, la pression ou l'humidité. Ces dispositifs ont pu enregistrer les différents sens grâce à des impulsions électriques. À partir de là, l'équipe a utilisé la matrice céramique pour créer une main prothétique.

Main prothétique

La main prothétique a ensuite été utilisée pour tester la précision et la sensibilité des capteurs souples. Les capteurs intégrés à la main ont été conçus pour détecter la chaleur et la pression. De plus, le matériau pouvait déterminer sa position par rapport aux autres parties de la main. L'étude a conclu que l'équipe avait réussi à créer une main capable de ressentir la pression appliquée et même de réagir lorsqu'elle touchait une autre personne.

Peau robotique

L'étape suivante pour les chercheurs était d'essayer de créer une peau robotique. L'équipe a commencé par concevoir une matrice céramique multicouche. Cette matrice était remplie de particules céramiques disposées en couches spéciales pour surveiller les changements de toucher et de température. Cette peau robotique a été conçue pour ressembler et se sentir comme la peau humaine, ce qui en fait une option intelligente pour les robots travaillant à proximité des humains. Ensuite, l'équipe s'est attelée à créer un modèle d'IA.

Prothèse intelligente

Un modèle d'IA contrôle les réactions de la main en fonction de l'environnement et des conditions. Plus précisément, le modèle d'IA a été entraîné à l'aide de 4500 mesures et mouvements musculaires. Cette formation a été réalisée avec des ingénieurs de l'ETH Zurich et de l'Université de Tokyo. La prothèse utilise des capteurs piézorésistifs intégrés aux tissus, permettant à l'appareil de générer de l'énergie à partir du mouvement, éliminant ainsi le besoin de batteries.

Résultats

Les résultats de l'étude démontrent précisément comment un robot pourrait être développé avec la capacité de travailler en toute sécurité aux côtés des humains. Ces dispositifs pourraient reconnaître lorsqu'ils heurtent une personne et même reculer, évitant ainsi les blessures. De plus, l'IA du système apprend constamment à chaque interaction, faisant de lui le premier robot biohybride proprioceptif capable de ressentir.

Applications potentielles

Il existe de nombreuses applications pour cette technologie. L'association de systèmes d'IA avancés avec des robots capables de ressentir conduira au développement de machines plus sûres. Ces unités pourront accomplir des tâches qui étaient auparavant réservées aux humains. De plus, elles seront plus polyvalentes, car elles peuvent percevoir leur environnement et ajuster leurs actions en fonction des conditions.

Robotique souple

La robotique souple désigne des dispositifs qui utilisent des matériaux souples plutôt que des méthodes traditionnelles. Les robots souples existent sous de nombreuses formes. Par exemple, les trieurs robotisés doivent cueillir des fruits et d'autres produits délicats et les déplacer sans les endommager. Ces dispositifs sont sur le point de bénéficier d'une mise à jour majeure grâce à l'introduction de peaux sensorielles et d'autres modifications qui leur permettent de fonctionner comme des mains humaines.

Les robots souples ont récemment suscité de l'intérêt pour plusieurs raisons. Ils peuvent vous heurter sans vous blesser. De plus, ces dispositifs peuvent souvent changer de forme pour traverser des terrains difficiles. Ce développement garantira que les robots souples ressentiront bientôt la température et la pression.

Santé

Plusieurs entreprises se spécialisent dans les chirurgiens robotiques. Ces dispositifs fonctionnent à l'aide de capteurs de précision et optiques pour guider l'unité. L'introduction de capteurs de pression et de température permettrait à ces robots d'effectuer des chirurgies plus complexes tout en restant en phase avec l'état du patient.

Notamment, les prothèses intelligentes pourraient aider des millions de patients à bénéficier d'une meilleure qualité de vie. Ces dispositifs de nouvelle génération pourraient intégrer plusieurs sens, offrant au patient une expérience naturelle. De plus, en associant cette technologie aux récentes avancées des contrôleurs cérébraux, on pourrait assister au jour où les prothèses de remplacement des patients seront plus performantes que les originales.

Recherche et secours

Les robots souples ont trouvé une vocation particulière dans le secteur de la recherche et du secours. Ces dispositifs peuvent traverser des environnements difficiles souvent inaccessibles aux humains. Ils peuvent être conçus pour se déplacer comme des serpents ou prendre la forme de petits insectes. De façon impressionnante, ces appareils ont déjà été utilisés dans des zones sinistrées où ils ont contribué à sauver des vies. Les robots peuvent pénétrer les zones dangereuses des catastrophes et apporter une aide cruciale avant l'arrivée d'autres intervenants.

À l'avenir, cet appareil pourrait localiser les personnes en détresse et même réaliser des scans de routine de leurs signes vitaux, fournissant aux secouristes des données importantes sur l'état du patient. De plus, ces robots seraient utilisés pour évaluer le meilleur itinéraire afin de récupérer la personne blessée, le dispositif pouvant alerter les secouristes des dangers tels que la chaleur ou les produits chimiques.

Agriculture

Les agriculteurs du monde entier recherchent constamment des moyens simples d'améliorer l'efficacité. Avec la croissance de la population mondiale, les agriculteurs innovent pour répondre à la demande croissante. La robotique souple peut les aider à préparer, planter, récolter et contrôler la qualité de leurs produits. Ces dispositifs peuvent intégrer des systèmes d'IA pour améliorer encore leurs capacités, leur permettant de déterminer avec une grande précision si un fruit est mûr ou avarié.

Chercheurs

Le Laboratoire de céramiques haute performance d'Empa a dirigé l'étude. L'équipe a collaboré avec l'Université de Cambridge pour développer la prothèse alimentée par l'IA. Désormais, l'équipe cherche à élargir ses travaux et à créer des robots plus avancés, ainsi qu'à étendre les capacités de son modèle d'IA.

Entreprises qui pourraient bénéficier de cette recherche

L'industrie de la robotique est en plein essor. Ainsi, vous pouvez vous attendre à voir davantage d'unités arriver sur les lignes de production dans les années à venir. Les robots réduisent les risques et les coûts tout en améliorant la qualité. Par conséquent, de plus en plus d'entreprises souhaitent les intégrer. Voici une société idéalement positionnée pour tirer le meilleur parti de cette recherche dans les prochains mois.

Zebra Technologies

Zebra Technologies (ZBRA ) est entrée sur le marché en 1969, à l'origine sous le nom de Data Specialties Incorporated. Les fondateurs de l'entreprise, Ed Kaplan et Gerhard Cless, souhaitaient créer une société de logiciels et de matériel capable d'améliorer l'expérience utilisateur et d'offrir des solutions innovantes. Ils ont réussi à être pionniers de plusieurs technologies, dont le fait d'être la première entreprise à proposer un lecteur de codes-barres.

En 1986, l'entreprise a changé de nom pour devenir Zebra Technologies. Aujourd'hui, elle est un fournisseur populaire de solutions de robotique, de services et de logiciels. Plus précisément, le fetch100 Roller et le Fetch100 Shelf peuvent naviguer dans les installations de production et trier et livrer des caisses de manière autonome. Le robot est déjà utilisé à l'échelle mondiale et a reçu d'excellentes critiques.

Zebra Technologies est un ajout judicieux à votre portefeuille pour plusieurs raisons. D'une part, l'entreprise connaît une croissance soutenue depuis longtemps. Elle a été citée dans le magazine Forbes de 2002 dans la liste « 200 Best Small Companies in America », parmi d'autres distinctions.

L'action de l'entreprise, ZBRA, a connu une croissance considérable et régulière au cours de l'année. Elle possède une capitalisation boursière de 19,808 milliards de dollars et son ratio PE (TTM) est de 51,82. Cette croissance résulte d'une combinaison entre le lancement de nouveaux produits et leurs incursions dans la robotique et les systèmes d'IA.

Céramiques en robotique

L'utilisation de céramiques haute performance en robotique est destinée à transformer le marché à l'avenir. Cette étude montre que les robots peuvent être configurés pour ressentir de manière similaire aux humains, leur permettant de travailler aux côtés des personnes avec moins de risques et d'améliorer la productivité. Ainsi, vous devriez vous préparer à un collègue robotique dans le futur.

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Référence de l'étude:

^{1. Filippi, M., Balciunaite, A., Georgopoulou, A., Paniagua, P., Drescher, F., Nie, M., Takeuchi, S., Clemens, F., & Katzschmann, R. K. (2024). Muscule intégré à des capteurs pour une action contrôlée en boucle fermée dans les robots biohybrides proprioceptifs. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400413}