Manipuler l’hydrogel pourrait améliorer l’agilité et la polyvalence de la robotique moderne

A new étude publiée dans la revue scientifique Physical Review Letters révèle un « phénomène microscopique » qui permet à l’hydrogel de se contracter plus rapidement. La découverte, appelée Théorie Poroélastique Continue, pourrait avoir d’importantes implications pour de nombreuses industries, y compris la robotique souple. Elle pourrait détenir la clé pour rendre ces dispositifs plus légers et plus agiles. Voici ce que vous devez savoir.

Hydrogel

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

L’hydrogel possède des caractéristiques douces et flexibles et se trouve dans votre gel capillaire, votre dentifrice, vos cosmétiques et d’autres solutions riches en eau. Il est également couramment utilisé dans les soins de santé pour les pansements, les soins des brûlures, et plus encore. Pour les robots, il pourrait servir de remplacement fiable aux alternatives plus lourdes comme les plastiques.

Hydrogel améliore les robots non conformes

Les robots non conformes, ou robots souples, sont fabriqués à partir de divers matériaux pliables, leur permettant d’accomplir des tâches uniques. Ces dispositifs conçus spécialement peuvent se glisser dans des espaces restreints, naviguer dans des ruines complexes et même aider 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 ont un avantage majeur sur leurs homologues rigides lorsqu’il s’agit de certaines applications. D’une part, ils peuvent se conformer pour répartir leur pression sur une plus grande surface, leur permettant 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.

Current Systems

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, notamment 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 presque impossibles à créer à l’échelle microscopique. Même lorsqu’ils sont agrandis, chaque pompe et chaque tuyau ajoute du poids à ces petits dispositifs. Le poids réduit l’autonomie de la batterie d’un robot, ses capacités de déplacement, etc. Par conséquent, la découverte d’hydrogel des chercheurs pourrait aider les robots à fonctionner avec plus de polyvalence tout en optimisant le poids et en permettant de nouveaux scénarios d’utilisation.

Ils estiment que leur percée pourrait propulser la robotique non conforme vers l’avenir, offrant plus d’efficacité et d’agilité tout en réduisant le poids. Les hydrogels pourraient remplacer les caoutchoucs pour plusieurs raisons. Les principaux avantages sont qu’ils sont plus légers et éliminent le besoin de systèmes hydrauliques ou pneumatiques. Ainsi, ils rendent les robots souples moins complexes à construire.

Phénomène microscopique

Les chercheurs décrivent la découverte d’un phénomène microscopique observé en étudiant l’expansion et la contraction des hydrogels sous diverses conditions. La « Théorie Poroélastique Continue » propose 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 l’hydrogel

Les chercheurs ont commencé par créer une fine couche de film d’hydrogel. Cette couche poreuse permettait à l’eau et aux ions de passer librement sous certaines conditions. La première anomalie observée était qu’un processus appelé diffusiophorèse du gel provoque une augmentation soudaine de la pression osmotique du gel. Le processus de diffusiophorèse faisait gonfler instantanément l’hydrogel lorsque des ions étaient introduits.
Il est à noter que l’hydrogel se rétrécit à sa taille originale après avoir expulsé le liquide. Les hydrogels imprégnés d’ions se sont dilatés et contractés des centaines de fois plus rapidement que les méthodes originales. De plus, les données ont révélé que la méthode de gonflement diffusion-phorétique était beaucoup plus efficace.

Agilité accrue

Les chercheurs sont enthousiastes car la découverte pourrait aider à rendre les robots souples plus agiles. Par exemple, il a été objectif de créer une main robotique avec la dextérité et l’agilité des mains humaines. L’équipe estime que cette découverte pourrait être une étape cruciale pour y parvenir. Si elle réussit, les robots souples assumeront de nombreuses tâches liées au contact humain dans les années à venir.

Robots plus grands

Une autre découverte majeure est que l’hydrogel pourrait être utilisé pour créer des robots souples plus grands. Actuellement, la plupart des robots souples sont limités à des tailles microscopiques. La puissance supplémentaire et le poids réduit de l’hydrogel permettent à ces dispositifs d’atteindre jusqu’à un centimètre. Il est à noter qu’il est courant que de petits robots fonctionnent en essaims pour améliorer l’efficacité.

Applications réelles des robots souples à base d’hydrogel

Il existe de nombreuses applications réelles pour les robots souples. Aujourd’hui, ces dispositifs sont utilisés pour la cueillette de fruits, le tri d’entrepôts, et à l’avenir, pour des tâches de santé. Voici les principaux secteurs que la robotique souple continue d’impacter.

Fabrication

L’industrie la plus importante pour l’intégration de robots souples est la fabrication. On y trouve des dispositifs semblables à des mains utilisés sur les chaînes de convoyage. Ces unités peuvent saisir des objets délicats et les placer dans des emballages ou les trier en catégories spécifiques. À l’avenir, ces robots pourront « sentir » ce qu’ils saisissent grâce à des capteurs avancés et à l’IA.

Recherche et sauvetage

Les robots souples pourraient jouer un rôle essentiel dans la recherche de survivants après des catastrophes naturelles. Il est fréquent d’apprendre que les débris ont entravé les opérations de secours et entraîné des victimes supplémentaires après de grandes catastrophes. 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 livrer des fournitures vitales lorsqu’elles sont nécessaires.

Exploration

Les robots non conformes pourraient également rendre l’exploration plus efficace. Les robots sont l’avenir de l’exploration spatiale profonde et sous-marine. Ils peuvent aller plus loin, parcourir de plus grandes distances et fournir des données plus précieuses que les passagers humains. Les robots souples, en particulier, pourraient accéder à des lieux jamais vus auparavant, comme les profondeurs océaniques, car ils peuvent se conformer à la pression et ainsi permettre des recherches approfondies dans de nouveaux domaines scientifiques.

Santé

Il existe de nombreuses applications médicales pour les robots souples. Ces dispositifs pourraient aider à délivrer des médicaments, combattre les maladies, 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 partie intégrante de leurs composants. Ces dispositifs pourraient un jour améliorer la vie de millions de personnes en créant des prothèses invisibles pour le porteur et de nombreuses autres améliorations bénéfiques.

Entreprises leaders en robotique

L’industrie de la robotique est un marché en évolution rapide qui était autrefois dominé par quelques acteurs clés, comme Boston Dynamics. Aujourd’hui, le choix est bien plus vaste, le marché incluant désormais divers domaines. Voici quelques entreprises de robotique qui pourraient exploiter les hydrogels pour améliorer leurs offres.

1. Intuitive Surgical

ISRG Graphique du prix

Intuitive Surgical (ISRG ) est un pionnier du marché de la robotique médicale. Cette entreprise unique propose une variété de produits et services qui la distinguent, notamment des assistants chirurgicaux, Da Vinci et Ion. Ces solutions haute technologie contribuent aux chirurgies peu invasives. Notamment, la dernière mise à jour de Da Vinci permet aux chirurgiens de ressentir les incisions grâce à un retour haptique et plus encore.
Intuitive Surgical constitue un ajout solide à tout portefeuille. L’entreprise américaine fait partie du NASDAQ-100 et du S&P 500. De plus, ses services sont très demandés. Plus précisément, la société indique plus de 8 600 systèmes Da Vinci déployés à l’international. En conséquence, Intuitive Surgical s’est forgé une réputation de leader technologique mondial dans le domaine de la robotique.

2. UiPath

PATH Graphique du prix

UiPath (PATH ) est une société de logiciels d’automatisation des processus robotisés (RPA). L’entreprise crée des programmes qui permettent aux robots d’apprendre des tâches répétitives et de les prendre en charge à la place des humains. Elle a été fondée en Roumanie et a déménagé à New York en devenant un concurrent majeur du marché. Aujourd’hui, c’est le principal fournisseur mondial de logiciels RPA.
UiPath est devenu le leader du marché grâce à sa constance et ses performances. L’entreprise a maintes fois démontré que ses services peuvent rationaliser les activités d’entreprise pour de nombreux clients de haut niveau, dont Canon, EY, VITAL et TQL. De plus, la société possède plusieurs mentions dans Forbes. Tous ces facteurs font de UiPath une action à surveiller.

Problèmes des robots souples

Les robots souples présentent certains problèmes qui doivent être surmontés pour atteindre une adoption à grande échelle. D’une part, ils n’ont pas la robustesse ni les performances de leurs homologues solides. Il existe également des inquiétudes concernant le contrôle de robots avec un nombre infini de degrés de liberté. Modéliser les mouvements de ces dispositifs 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 contrôle pour les robots souples à l’avenir.

Chercheurs

L’étude a été menée par une équipe de chercheurs dirigée par le physicien de Virginia Tech, C. Nadir Kaplan, et le doctorant Chinmay Katke. Il convient de noter que le duo a été assisté par le professeur C. Nadir Kaplan et Peter A. Korevaar de l’Université Radboud aux Pays-Bas.

L’hydrogel pourrait rendre les robots souples plus utiles

L’équipe à l’origine de la découverte de l’hydrogel vient peut-être de déverrouiller la clé pour rendre les robots souples plus utiles. Les hydrogels pourraient remplacer les caoutchoucs, les systèmes hydrauliques, les actionneurs et d’autres alternatives plus lourdes et complexes. Pour ces raisons, cette recherche peut être considérée comme une percée majeure à suivre à l’avenir.

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