La manipulation de l'hydrogel pourrait renforcer l'agilité et la polyvalence de la robotique moderne

Une nouvelle étude publiée dans la revue scientifique Physical Review Letters, révèle un "phénomène microscopique" qui permet à l'hydrogel de se contracter plus rapidement. Cette découverte, appelée théorie de la poroélasticité du continuum, pourrait avoir des implications majeures pour de nombreux secteurs, notamment celui de la robotique souple. Elle pourrait permettre de rendre ces appareils plus légers et plus agiles. Voici ce qu'il faut savoir.

Hydrogel

L'hydrogel est un matériau souple, insensible à l'eau, composé de chaînes polymères serrées. Ces chaînes peuvent absorber les fluides et les retenir efficacement. Dans cet état, l'hydrogel est composé principalement d'eau. Les hydrogels peuvent ensuite libérer les fluides stockés et se contracter sous l'effet d'un stimulus. Ce stimulus peut être chimique, comme des changements de pH, ou atmosphérique, comme des changements de température ou de champ.

L'hydrogel présente des caractéristiques douces et flexibles et se retrouve dans les gels capillaires, les dentifrices, les cosmétiques et autres solutions à base d'eau. Il est également couramment utilisé dans les soins de santé pour le pansement des plaies, le traitement des brûlures, etc. Pour les robots, il pourrait servir de substitut fiable à des solutions plus lourdes comme le plastique.

L'hydrogel améliore les robots non conformes

Les robots non conformes, ou robots mous, sont constitués de divers matériaux flexibles, ce qui leur permet d'accomplir des tâches uniques. Ces appareils conçus à cet effet peuvent s'adapter à des espaces restreints, naviguer dans des ruines complexes et même contribuer à l'administration de médicaments. Selon les chercheurs, les hydrogels pourraient remplacer les caoutchoucs et les composants hydrauliques dans les robots souples à l'avenir.

Les robots souples présentent un avantage majeur par rapport à leurs homologues rigides pour certaines applications. Tout d'abord, ils peuvent se conformer pour répartir leur pression sur un espace plus large, ce qui leur permet d'avoir un toucher plus doux. Lorsque ces avantages sont combinés à la capacité de s'adapter à presque tous les environnements, les robots souples deviennent la solution idéale pour des tâches spécifiques.

Systèmes actuels

Les systèmes hydrauliques et pneumatiques dominent actuellement l'industrie de la robotique. Ils sont fiables et existent depuis des décennies sous de nombreuses formes. Cependant, ces systèmes présentent des inconvénients importants, en particulier lorsqu'il s'agit de robotique miniaturisée et non conforme.

Par exemple, les robots non conformes qui s'appuient sur ces systèmes pour changer de forme doivent intégrer des tuyaux, des conduites et des pompes. Ces éléments peuvent être pratiquement impossibles à créer à l'échelle microscopique. Même lorsqu'ils sont mis à l'échelle, chaque pompe et chaque tuyau ajoutent du poids à ces minuscules dispositifs. Le poids réduit l'autonomie de la batterie d'un robot, ses capacités de déplacement, etc. Par conséquent, la découverte de l'hydrogel du chercheur pourrait aider les robots à fonctionner avec plus de polyvalence tout en optimisant le poids et en permettant de nouveaux scénarios d'utilisation.

Ils pensent que leur avancée pourrait catapulter la robotique non conforme dans l'avenir, lui permettant d'être plus efficace et plus agile tout en réduisant son poids. Les hydrogels pourraient remplacer les caoutchoucs pour de multiples raisons. Les principaux avantages sont qu'ils sont plus légers et qu'ils éliminent le besoin de systèmes hydrauliques ou pneumatiques. En tant que tels, ils rendent les robots souples moins complexes à construire.

Phénomène microscopique

Les chercheurs décrivent la découverte d'un phénomène microscopique constaté lors de l'examen de l'expansion et de la contraction d'hydrogels dans différentes conditions. Les "Théorie de la poroélasticité sous vide"présente une solution centrée sur l'hydrogel qui répond à toutes les exigences de la microrobotique. Elle est légère, fiable, contrôlable et plus facile à créer que les options actuelles.

Détails de la recherche sur les hydrogels

Les chercheurs ont commencé par créer une fine couche de film hydrogel. Cette couche poreuse permettait à l'eau et aux ions de passer librement dans certaines conditions. La première anomalie observée est qu'un processus connu sous le nom de diffusiophorèse du gel provoque une augmentation soudaine de la pression osmotique du gel. Le processus de diffusiophorèse fait gonfler instantanément l'hydrogel lors de l'introduction d'ions.

Il est à noter que l'hydrogel se rétracte pour retrouver sa taille initiale après avoir évacué le liquide. Les hydrogels infusés d'ions se dilatent et se contractent des centaines de fois plus rapidement que les méthodes originales. En outre, les données ont révélé que la méthode de gonflement par diffusion-phorétique était beaucoup plus efficace.

Agilité accrue

Les chercheurs sont enthousiastes car cette découverte pourrait contribuer à rendre les robots mous plus agiles. Par exemple, l'objectif est de créer une main robotique ayant la dextérité et l'agilité des mains humaines. L'équipe pense que cette découverte pourrait constituer une étape essentielle dans la réalisation de cet objectif. S'ils y parviennent, les robots mous hériteront de nombreuses autres tâches liées au contact humain dans les années à venir.

Des robots plus grands

Une autre découverte majeure est que l'hydrogel pourrait être utilisé pour créer des robots mous de plus grande taille. Actuellement, la plupart des robots mous sont limités à des tailles microscopiques. La puissance accrue et le poids réduit de l'hydrogel permettent à ces dispositifs d'atteindre une taille d'un centimètre. En outre, il est courant que les petits robots travaillent en essaims pour améliorer leur efficacité.

Applications concrètes des robots souples à base d'hydrogel

Les robots souples ont de nombreuses applications dans le monde réel. Aujourd'hui, ces dispositifs peuvent être utilisés pour cueillir des fruits, trier des entrepôts et, à l'avenir, effectuer des tâches de soins de santé. Voici les principaux secteurs sur lesquels la robotique douce continue d'avoir un impact.

Fabrication

L'industrie manufacturière est le secteur le plus important pour les intégrations de robots souples. On y trouve des dispositifs ressemblant à des mains, utilisés sur les bandes transporteuses. Ces unités peuvent saisir des articles délicats et les placer dans des emballages ou les trier dans des catégories spécifiques. À l'avenir, ces robots seront capables de "sentir"Ce qu'ils détectent grâce à des capteurs avancés et à l'intelligence artificielle.

Recherche et sauvetage

Les robots mous pourraient jouer un rôle essentiel en aidant à retrouver les survivants des catastrophes naturelles. Il est courant d'apprendre que les débris entravent les efforts de sauvetage et font des victimes supplémentaires à la suite de catastrophes majeures. Les robots non conformes pourraient se faufiler dans les zones sinistrées et utiliser des capteurs avancés pour localiser les survivants plus rapidement. Ces robots pourraient aider les survivants à communiquer et même leur apporter des fournitures vitales en cas de besoin.

Exploration

Les robots non conformes pourraient également rendre l'exploration plus efficace. Les robots sont l'avenir de l'exploration de l'espace lointain et de la mer. Ils peuvent aller plus profond, voyager plus loin et fournir des données plus précieuses que les passagers humains. Les robots souples, en particulier, pourraient accéder à des endroits jamais vus, comme les profondeurs océaniques, parce qu'ils peuvent se conformer à la pression et leur permettre d'approfondir les efforts de recherche dans de nouveaux domaines scientifiques.

Soins de santé

Les robots mous ont de nombreuses applications dans le domaine de la santé. Ces dispositifs pourraient aider à administrer des médicaments, à lutter contre les maladies, à purifier l'eau et bien plus encore. Le domaine de la bio-robotique continue de créer des machines hybrides innovantes qui utilisent des tissus vivants comme composants de base. Ces dispositifs pourraient un jour améliorer la vie de millions de personnes en fabriquant des prothèses invisibles pour le porteur et en apportant de nombreuses autres améliorations bénéfiques pour la vie.

Principales entreprises de robotique

L'industrie de la robotique est un marché en pleine évolution qui était autrefois dominé par quelques acteurs clés, tels que Boston Dynamics. Aujourd'hui, le choix est beaucoup plus vaste, car le marché englobe une grande variété de domaines. Voici quelques entreprises de robotique qui pourraient tirer parti des hydrogels pour améliorer leurs offres.

1. Intuitive Surgical

Intuitive Surgical, Inc. (EIGR -0.14%)

Intuitive Surgical est un pionnier sur le marché de la robotique dans le domaine de la santé. Cette entreprise unique dispose d'une variété de produits et de services qui la distinguent, notamment les assistants chirurgicaux, Da Vinci et Ion. Ces solutions de haute technologie contribuent à favoriser les chirurgies mini-invasives. La dernière mise à jour de Da Vinci permet notamment aux chirurgiens de sentir les incisions grâce à la rétroaction.

Intuitive Surgical est une valeur sûre pour tout portefeuille. Cette entreprise américaine fait partie du NASDAQ-100 et du S&P 500. En outre, ses services sont très demandés. Plus précisément, l'entreprise recense plus de 8 600 systèmes Da Vinci déployés à l'échelle internationale. Intuitive Surgical s'est donc forgé une réputation de leader technologique mondial dans le domaine de la robotique.

2. UiPath

UiPath Inc. (PATH -2.82%)

UiPath est une société de logiciels d'automatisation des processus robotiques (RPA). L'entreprise crée des programmes qui permettent aux robots d'apprendre les tâches répétitives et de les remplacer par des homologues humains. Fondée en Roumanie, elle s'est installée à New York au fur et à mesure qu'elle devenait un concurrent majeur sur le marché. Aujourd'hui, elle est le premier fournisseur mondial de logiciels d'APR.

UiPath s'est imposé sur le marché grâce à sa cohérence et à ses performances. La société a prouvé à maintes reprises que ses services pouvaient contribuer à rationaliser les activités des entreprises pour de nombreux clients de haut niveau, notamment Canon, EY, VITAL et TQL. En outre, la société dispose de plusieurs fonctionnalités dans Forbes. Tous ces facteurs font d'UiPath un titre à surveiller.

Problèmes liés aux robots souples

Les robots mous doivent surmonter certains problèmes pour être adoptés à grande échelle. Tout d'abord, ils n'ont pas la durabilité ou les performances de leurs homologues solides. Il y a également des problèmes lorsqu'il s'agit de contrôler des robots ayant une infinité de degrés de mouvement. La modélisation des mouvements de ces appareils nécessite beaucoup d'innovation et de temps. Des entreprises comme UiPath joueront certainement un rôle de plus en plus crucial dans le développement de systèmes de commande de robots souples à l'avenir.

Chercheurs

L'étude a été menée par une équipe de chercheurs dirigée par C. Nadir Kaplan, physicien à Virginia Tech, et Chinmay Katke, candidat au doctorat. L'équipe a été assistée par le professeur C. Nadir Kaplan et Peter A. Korevaar de l'université Radboud aux Pays-Bas.

L'hydrogel pourrait rendre les robots mous plus utiles

L'équipe à l'origine de la découverte de l'hydrogel vient peut-être de trouver la clé pour rendre les robots mous plus utiles. Les hydrogels pourraient remplacer les caoutchoucs, les systèmes hydrauliques, les actionneurs et d'autres solutions plus lourdes et plus complexes. Pour ces raisons, cette recherche peut être considérée comme une avancée majeure qu'il conviendra de suivre à l'avenir.

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