Robots imprimés en 3D à faible coût fonctionnant sans électronique

Dans le domaine de la fabrication de robots, le rêve de produire des machines prêtes à fonctionner directement à la sortie de la chaîne est encore à plusieurs années, ou du moins il l’était. Une équipe de chercheurs de l’Université de Californie a récemment stupéfié le marché en dévoilant les détails d’une nouvelle méthode de fabrication et d’un design de robot qui ne nécessite aucune électricité et est prêt à fonctionner immédiatement après impression. Voici ce que vous devez savoir sur les robots imprimés en 3D.

Comment les robots sont-ils fabriqués ? Exploration des techniques modernes de fabrication de robots

Il existe de nombreux types de robots et encore plus de façons de créer ces appareils. Les robots traditionnels peuvent être construits sur des lignes d’assemblage et peuvent nécessiter de nombreuses étapes pour être assemblés et mis en marche. Par exemple, un fabricant peut produire le corps, tandis que d’autres produisent les composants électroniques, les batteries, les contrôleurs et d’autres composants essentiels.

Qu’est-ce que les robots souples ? Avantages et utilisations concrètes

Robots souples sont un autre type de machine qui se passe de l’exosquelette rigide présent dans les robots traditionnels. À la place, les robots souples utilisent des matériaux alternatifs comme les silicones et des conceptions qui leur permettent de modifier leur forme. Les principaux avantages des robots souples sont qu’ils facilitent la manipulation, peuvent traverser des environnements complexes et offrent une interaction sûre avec les humains.

Progrès de l’impression 3D des robots souples avec des circuits fluidiques

La demande pour les robots souples a conduit à plusieurs améliorations des processus de fabrication. Les récentes percées en impression 3D ont permis aux ingénieurs de concevoir des robots souples plus performants en une seule impression. Les méthodes de fabrication de robots souples les plus avancées aujourd’hui réduisent la complexité des robots souples.

Pour accomplir cette tâche, on utilise des circuits pneumatiques qui tirent parti des réponses non linéaires des matériaux. L’utilisation de circuits de contrôle fluidiques permet aux ingénieurs de fabriquer davantage d’appareils à un seul endroit. Notamment, les ingénieurs de ce projet ont également joué un rôle clé dans d’autres travaux, dont la création d’une pince robotique imprimée en 3D et d’un robot rampant avec des circuits de contrôle intégrés.

Défis de l’impression 3D et de l’assemblage des robots souples

De nombreux problèmes subsistent encore dans le secteur de la fabrication de robotique souple. D’une part, les systèmes de moulage par coulée permettent la création de pièces, mais le contrôle des unités nécessite encore des composants supplémentaires. De plus, c’est coûteux, exigeant en main‑d’œuvre et pas facilement accessible à la plupart des gens.

Dans de nombreux cas, un système complexe de pompes, de vannes et d’autres composants électroniques doit être connecté au corps sur une carte séparée via des fils pour obtenir une locomotion contrôlée. La nécessité d’alimenter le robot avec un câble élimine ses avantages et limite ses capacités, comme la navigation dans des espaces étroits ou des environnements complexes.

Nouvelle étude dévoile un robot marche entièrement imprimé en 3D, sans électronique

L’étude « Monolithic Desktop Digital Fabrication of Autonomous Walking Robots »,¹ publiée dans la revue Advanced Intelligent Systems, met en lumière la façon dont les ingénieurs ont développé un robot à six pattes entièrement imprimé en 3D, sans électronique, capable de marcher immédiatement après impression. Encore plus impressionnant, le dispositif est alimenté uniquement par une source de pression d’air constante.

L’étude est révolutionnaire pour plusieurs raisons. D’une part, elle explique en détail comment les ingénieurs ont surmonté les défis de l’impression 3D d’une valve fermée. Dans le rapport, l’équipe réussit à obtenir une locomotion hors‑imprimante grâce à une oscillation symétrique via des valves à retard de phase alimentées à l’air.

Comment les imprimantes 3D de bureau permettent des robots souples entièrement fonctionnels

Il est notable que les ingénieurs ont utilisé une imprimante 3D de bureau commerciale, prête à l’emploi, pour créer des composants souples avec des géométries complexes nécessitant un minimum d’intervention humaine. Les ingénieurs ont étudié plusieurs matériaux. Ils sont même allés jusqu’à s’associer à la société BASF via son California Research Alliance (CARA) pour tester quels matériaux fonctionnaient le mieux pour créer le cadre, les muscles artificiels et le système de contrôle du robot à six pattes de l’équipe.

Source UC San Diego

Un robot marche imprimé en 3D qui fonctionne directement depuis l’imprimante

Le robot marche que l’équipe a imprimé est capable de se déplacer seul sans aucun composant électronique. Au lieu de cela, il s’appuie sur de l’air comprimé et un réseau de valves qui s’ouvrent et se ferment en fonction des variations de pression pour bouger ses six pattes. Notamment, la création de l’équipe peut traverser un terrain accidenté, sans câble, en n’utilisant qu’une cartouche de gaz comprimé comme source d’énergie.

Pattes du robot

Un des aspects uniques du robot « off‑the‑shelf » est la conception de ses pattes. Les six pattes ont été imprimées en utilisant du filament d’impression 3D disponible dans le commerce. Chaque patte intègre des actionneurs pneumatiques antagonistes, imprimables et souples. Cette configuration offre à chaque patte quatre degrés de mouvement. Chaque patte peut se déplacer vers le haut, le bas, l’avant et l’arrière.

Pour créer une action de marche, les pattes doivent être reliées à une forme d’air ou de fluide pressurisé. Sous pression constante, un ensemble de pattes se plie vers le bas, soulevant le corps et aidant le robot à franchir un terrain accidenté. Simultanément, un autre ensemble de pattes se lève légèrement. Ensuite, le dernier ensemble de pattes se plie vers le bas et vers l’arrière pour créer une poussée vers l’avant. Cela fait que les pattes avant se plient ensuite vers le bas, complétant ainsi un cycle de pas.

Actionneurs souples

Il est notable que le dispositif peut accomplir cette tâche grâce à l’intégration de circuits fluidiques embarqués dans le corps du robot. L’impression de ces dispositifs était plus difficile qu’on ne l’imaginerait. Les ingénieurs ont dû consacrer beaucoup d’efforts à déterminer la meilleure méthode pour imprimer ces composants étanches comme les actionneurs, les valves et les capteurs.

Circuit oscillant pneumatique

Au cœur de cette conception de robot souple de nouvelle génération se trouve un circuit oscillateur fluidique imprimable. Ce circuit génère quatre signaux de pression de sortie cycliques, qui sont essentiels. De façon impressionnante, les ingénieurs l’ont créé pour accomplir cette tâche en n’utilisant qu’une seule entrée de pression.

Ils ont déterminé qu’une valve oscillante bistable à quatre phases imprimable en 3D était la meilleure solution. Leur valve oscillante sur‑mesure intègre six états en un seul cycle de fonctionnement. Pour accomplir cette tâche, elle utilise les mouvements mécaniques des membranes internes et des canaux de valve pour manipuler les seuils, créant des changements d’état dus aux variations progressives de pression.

Chaque valve dirige le flux d’air vers l’étape suivante du processus lorsque les limites de pression sont atteintes. Curieusement, lorsqu’on les a interrogés sur la façon dont l’équipe a eu l’idée, ils ont répondu que le design était inspiré des premières locomotives à vapeur.

Quelle est la durabilité d’un robot imprimé en 3D ? Résultats des tests révélés

La phase de test en laboratoire du robot souple a commencé par un processus de surveillance en plein air. À cette étape, le robot a été soulevé et une pression d’air a été appliquée. L’équipe a ensuite noté les actions exactes du robot et comment elles affecteraient le mouvement si le robot était au sol. Après avoir enregistré les mouvements des pattes dans les airs, l’équipe a pu ajuster la conception pour créer un schéma de marche distinct.

Le test suivant consistait à voir comment le robot fonctionnait uniquement avec la pression d’air. L’équipe a testé le fonctionnement sans électronique du robot en utilisant une cartouche de CO₂ de 16 g avec un régulateur mécanique réglé à 20 psi. Ils ont noté qu’ils pouvaient obtenir environ 80 secondes de fonctionnement avec cette configuration.

Test de durée de vie

Ensuite, la durabilité a été testée via des cycles de vie. L’équipe s’est concentrée sur le test d’une seule valve afin d’obtenir le plus de détails possible. Dans le cadre du test, une pression constante a été appliquée et ses effets enregistrés. Ils ont noté que la valve oscillante fonctionnait pendant 19 809 cycles avant de tomber complètement en panne.

Résultats des tests des robots imprimés en 3D

Le test en laboratoire a révélé des résultats impressionnants. D’une part, le robot créé par l’équipe pouvait traverser une grande variété de terrains. Le robot a franchi avec succès du gazon, du sable et divers autres terrains difficiles, y compris sous l’eau.

Curieusement, le robot a parcouru 85 cm en 21 secondes à 4 cm par seconde lors de ses essais sur surface lisse. Les tests ont montré que l’action de levage des pattes lors de la première séquence du pas aidait le robot à obtenir suffisamment de levage pour se déplacer dans des environnements accidentés.

Le test de durabilité montre que les dispositifs peuvent fonctionner sans interruption pendant trois jours d’affilée. De plus, l’équipe a découvert que le point faible principal de la conception était les quatre membranes de la valve oscillante. Cette découverte n’était pas une grande surprise, car ce sont les composants qui subissent le plus de pression d’air, de forces répétées et de déformations au sein du système.

Avantages de l’impression 3D de robots souples sans électronique

L’étude sur les robots imprimés en 3D offre plusieurs avantages. D’une part, ces dispositifs peuvent être imprimés à l’aide d’une solution d’impression 3D de bureau ordinaire. Cette approche signifie que ces unités sont facilement accessibles à la personne ou à l’entreprise moyenne. Elles sont prêtes à l’emploi dès la sortie de l’imprimante et ne nécessitent aucune interaction humaine ni nettoyage post‑impression pour être opérationnelles.

Pourquoi les robots imprimés en 3D sans électronique sont une révolution

L’un des aspects les plus impressionnants du projet est la décision d’éliminer le besoin d’électronique. La capacité de ces « boots » à fonctionner sans électronique signifie qu’ils sont la solution évidente pour des environnements où l’électronique n’est pas adaptée.

Des études scientifiques dans l’espace, ou autour de zones à forte radiation ou magnétique, sont un exemple parfait où ces dispositifs seraient utiles. De plus, les environnements sous‑marins ont toujours posé problème aux électroniques traditionnelles en raison des contraintes de haute pression.

Robotique à faible coût : comment l’impression 3D rend les robots moins chers

Cette étude ouvre la porte à l’impression de robots à très faible coût. Le dispositif que les ingénieurs de l’équipe ont créé coûte environ 20 $. Bien que cela ne permette que de marcher, les conceptions futures pourraient vous aider à accomplir des tâches essentielles sans augmenter votre facture d’électricité ou vos coûts de fabrication.

Robots imprimés en 3D : utilisations concrètes et quand les attendre

Il existe plusieurs applications pour les robots sans électronique. Ces dispositifs pourraient être envoyés pour réaliser une surveillance importante de zones hostiles ou dangereuses. L’avantage de cette approche est qu’une imprimante pourrait être déposée sur place et que les robots seraient créés sur site. Cette stratégie permettrait un transport plus facile.

Les données contenues dans l’étude sur les robots souples pourraient conduire à un déploiement rapide d’unités à faible coût et résilientes dans des environnements où l’électronique traditionnelle échoue, comme les zones à forte radiation, les zones sinistrées ou même d’autres planètes. Étant donné la simplicité et l’accessibilité du design, des applications pratiques pourraient émerger d’ici 3 à 5 ans.​

Rencontrez l’équipe derrière le robot imprimé en 3D sans électronique

L’étude sur le robot imprimé en 3D a été menée à l’Université de Californie, San Diego. Les auteurs principaux comprennent Yichen Zhai, Jiayao Yan et Michael T. Tolley. L’article répertorie également Albert De Boer, Martin Faber, Rohini Gupta et le California Research Alliance de BASF comme contributeurs. De plus, l’étude a été partiellement financée par la National Science Foundation.

Il est notable que cette équipe a joué un rôle clé dans le développement de la technologie de robotique souple. Le groupe a introduit une pince robotique sans électronique en 2022. Cette expérience les a aidés à créer la prochaine génération de dispositifs sans électronique. Aujourd’hui, leur objectif est de trouver des moyens de déplacer le stockage de gaz comprimé à l’intérieur et de rechercher davantage de matériaux biodégradables.

Principales entreprises faisant progresser l’impression 3D et la robotique souple

L’utilisation des robots à la maison et en entreprise est en hausse. En conséquence, la demande pour dominer ce marché est forte. Notamment, les marchés de la robotique et de l’impression 3D comptent de nombreux acteurs clés. Ces entreprises ont investi des milliards dans la R&D pour créer des dispositifs de prochaine génération fonctionnels.  Voici une entreprise qui continue d’innover et de livrer.

3D Systems Corporation

3D Systems Corporation (DDD ) est entrée sur le marché en 1986 et est basée en Californie. Son objectif initial était d’offrir des services d’impression 3D de prochaine génération aux clients commerciaux. En tant que pionnier de l’impression 3D, l’entreprise a joué un rôle crucial dans le prototypage et d’autres composants critiques pour les secteurs aérospatial, automobile, santé, divertissement et industriel.

Aujourd’hui, 3D Systems est à la pointe de l’avancement des technologies de fabrication additive, y compris les applications en robotique. L’entreprise compte plus de 1 925 employés et a déclaré un chiffre d’affaires de 488 M $ en 2023. De plus, la société a conclu un partenariat stratégique avec Daimler Buses pour fournir des imprimantes 3D locales capables de créer des pièces de rechange.

Dernières nouvelles de 3D Systems Corp.

Robots imprimés en 3D

Ces avancées représentent une nouvelle étape dans l’évolution de la robotique souple. En éliminant le besoin d’électronique et en permettant une pleine fonctionnalité directement depuis une imprimante 3D de bureau, cette recherche ouvre la voie à des machines abordables, résilientes et déployables dans des environnements où les robots traditionnels sont limités.  Au fur et à mesure que le développement progresse, les applications potentielles — de l’aide humanitaire aux missions spatiales — sont vastes et inspirantes. Un grand salut à ces ingénieurs pour leur travail acharné et leurs efforts qui pourraient changer le cours de l’industrie de la robotique à l’avenir.

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Études référencées :

^{1. Zhai, Y., Yan, J., De Boer, A., Faber, M., Gupta, R., & Tolley, M. T. (2025). Monolithic desktop digital fabrication of autonomous walking robots. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400876} L’industrie des cs avance. Découvrez d’autres percées passionnantes de l’impression 3D maintenant. Études référencées : 1. Zhai, Y., Yan, J., De Boer, A., Faber, M., Gupta, R., & Tolley, M. T. (2025). Monolithic desktop digital fabrication of autonomous walking robots. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400876