Nouvelle peau robotique permet aux machines de ressentir comme les humains

Une équipe d’ingénieurs de l’Université de Cambridge et de l’University College London a collaboré pour créer une peau robotique capable d’équiper presque toute machine de la capacité de percevoir. Leur approche unique exploite des capteurs multimodaux, des matériaux hydrogel et l’apprentissage automatique pour créer un nouveau niveau de retour tactile qui a le potentiel de créer des prothèses capables de ressentir et bien plus encore. Voici ce que vous devez savoir.

Pourquoi le toucher est important en robotique

Les cinq sens qui permettent aux humains de naviguer dans le monde sont également essentiels pour créer des robots capables d’interagir avec les humains et leur environnement de manière significative. Il est courant de voir des robots intégrer davantage d’entrées sensorielles dans le cadre de leurs capacités supplémentaires.

Cependant, le sens du toucher ne commence tout juste à recevoir l’attention qu’il mérite. Des robots industriels capables de détecter lorsqu’ils heurtent un autre travailleur, aux robots agricoles qui peuvent sentir si un fruit est mûr, la détection du toucher est désormais un aspect vital de la technologie.

Comment la peau humaine inspire la conception robotique

En ce qui concerne le toucher, votre peau est une merveille. Elle peut mesurer avec précision plusieurs types d’entrées, de la chaleur à la pression et plus encore, en quelques millisecondes. De plus, cela peut se produire sur l’ensemble du corps ou dans des zones particulières, votre cerveau étant capable de différencier les origines et le type de toucher. Toutes ces capacités proviennent d’une surface flexible qui peut se régénérer.

Donner aux robots la capacité de ressentir

Reconnaissant que la sensibilité de la peau humaine est idéale pour de nombreuses applications, les ingénieurs ont tenté de créer des peaux robotiques à plusieurs reprises. La principale méthode qu’ils ont adoptée consistait à intégrer plusieurs capteurs dans un matériau flexible. Les capteurs pouvaient détecter la pression, la température et d’autres données essentielles.

Problèmes de la peau robotique

Cette stratégie présentait plusieurs inconvénients majeurs. D’une part, chaque capteur augmentait la rigidité de la peau. De plus, créer ces capteurs et les installer dans le dispositif était un processus coûteux et chronophage. Ces appareils étaient très chers à fabriquer et, selon tous les comptes, fragiles.

Chaque capteur rigide ajoutait une zone supplémentaire susceptible d’être endommagée lors des opérations. Le placement des capteurs influençait également les formes et les conceptions que la surface devait adopter, limitant davantage les applications. En outre, de nombreux capteurs présentaient des zones mortes où ils n’étaient pas situés ou où d’autres capteurs devaient être installés. En plus de ces problèmes, chaque nouveau type de capteur augmentait les interférences créées par le dispositif, réduisant la précision.

À l’intérieur de l’étude sur la peau robotique

Structuration d’informations multimodales avec des peaux souples à couche unique et tomographie d’impédance électrique à haute densité l’étude¹ introduit un nouveau type de peau robotique capable de détecter plusieurs types de toucher à partir d’un seul design de matériau. Le dispositif peut être adapté à n’importe quelle forme et ajouté aux mains robotiques existantes comme un gant, offrant une nouvelle couche d’interactivité et de sensibilité au dispositif.

Source – University of Cambridge

Détection multimodale

La première étape pour créer la peau robotique améliorée consistait à déterminer comment réduire le nombre de capteurs nécessaires. Pour accomplir cette tâche, les ingénieurs se sont tournés vers des capteurs multimodaux. Ces dispositifs sont capables d’enregistrer différents types d’entrées de signaux et de séparer la cause de chaque signal sans interférence. Dans le cadre de cette approche, l’équipe a développé un système spécialement conçu qui prenait en charge 6 types de stimuli multimodaux, y compris le chauffage, le toucher, la pression, les dommages et plus encore.

Pourquoi l’hydrogel est essentiel pour la peau robotique

Un hydrogel à base de gélatine conducteur a ensuite été moulé sous la forme d’une main adulte. Ce matériau a été choisi en raison de sa conductivité, de sa douceur et de sa flexibilité. De plus, il peut être fondu et façonné dans n’importe quelle forme nécessaire, ce qui augmente l’utilisabilité et la durabilité de ces dispositifs.

Configurations des électrodes

L’équipe a passé beaucoup de temps à tester différentes configurations d’électrodes. Leur objectif était de trouver une disposition qui n’interfère pas avec les capacités de la peau robotique tout en fournissant des mesures précises aux capteurs. L’équipe a finalement opté pour un design plaçant 32 électrodes au niveau du poignet.

Tomographie d’impédance électrique

Les ingénieurs ont alimenté ces capteurs en données en utilisant des techniques de tomographie d’impédance électrique. Notamment, la conductivité de l’hydrogel a créé 863 040 voies conductrices à travers la membrane. Les ingénieurs ont noté qu’ils pouvaient extraire 1,7 million de données de ce design en utilisant toutes les voies disponibles.

L’étape suivante consistait à enregistrer les données recueillies lors de certaines actions, comme taper du doigt, serrer la main, une incision profonde ou un toucher doux. Ces données ont ensuite été introduites dans un algorithme d’apprentissage automatique spécialement conçu.

L’IA a utilisé ce modèle de données pour déterminer quelle entrée sensorielle prévalait sur les autres actions. Par exemple, une incision profonde est plus importante qu’une légère piqûre du doigt. Ils ont également noté que le système permettait la personnalisation de ces préférences.

En fonction de la tâche du robot, les ingénieurs peuvent ajuster les sens prioritaires. Par exemple, vous pouvez augmenter la sensibilité d’un robot agricole pour détecter la maturité, mais diminuer les capteurs de température lorsqu’il travaille sous le soleil d’été. De plus, vous pouvez calibrer le dispositif en utilisant un toucher humain.

Tester les capacités de la peau robotique

Les ingénieurs ont réalisé plusieurs tests physiques pour s’assurer que le dispositif fonctionnait comme prévu. Ces tests comprenaient le passage doux des doigts sur la main, l’application de chaleur au dispositif et le serrage à différents niveaux afin d’enregistrer la différence entre des actions légères et nuisibles. Ils ont également testé s’il pouvait détecter plusieurs types de toucher simultanément. Dans un cas, la main a été découpée avec un scalpel médical.

Résultats des tests de la peau robotique

Le test a démontré que l’apprentissage automatique a déterminé avec succès les différentes actions en temps réel. La main pouvait faire la distinction entre le toucher humain et les objets inanimés. Elle pouvait également déterminer les conditions météorologiques en se basant sur une combinaison de facteurs tels que la chaleur et l’humidité, tout comme un humain.

Principaux avantages de la technologie de peau robotique

La peau robotique offre plusieurs avantages. Tout d’abord, elle permet aux robots d’interagir avec le monde physique de manière similaire à un humain. Les robots du futur pourront détecter s’ils heurtent quelqu’un ou un objet de façon aléatoire et s’ajuster.

Ces dispositifs seront configurés pour comprendre la pression qu’ils exercent sur les objets en fonction de la réponse de ces derniers, ouvrant la voie à des dispositifs médicaux plus efficaces et bien plus encore. La nature très sensible de la peau robotique la rend idéale pour un large éventail d’applications.

Faible coût

L’un des plus grands avantages du nouveau design de peau robotique est sa facilité de fabrication. Les peaux robotiques traditionnelles reposaient sur de multiples capteurs, précisément câblés en place. Cette approche coûte beaucoup plus cher que l’utilisation d’hydrogel conducteur et manque de flexibilité pour être moulée dans presque n’importe quelle forme. Cette nouvelle approche rendra la robotique sensible au toucher accessible à davantage d’appareils.

La peau robotique est réutilisable

Un autre avantage clé du design de la peau robotique est sa capacité à être réutilisée. Le matériau conducteur peut être fondu et moulé selon les besoins. L’hydrogel peut s’adapter à des formes complexes sans nécessiter de fils internes. Cette approche réutilisable contribuera à prévenir les futurs déchets électroniques provenant de la robotique.

Durable

Le design de la peau robotique est beaucoup plus durable que son prédécesseur. Le fait qu’il n’y ait pas de capteurs répartis dans tout le dispositif limite les risques de dommages pertinents. Cette structure offre un soutien aux composants flexibles et réutilisables qui peuvent résister à de fortes contraintes. Ils peuvent également être réparés en utilisant l’hydrogel sans avoir besoin de réparer des capteurs internes complexes.

Personnalisable

La personnalisabilité de la peau robotique est un atout majeur. Le dispositif peut réagir différemment à différents types de stimuli selon la tâche. Par exemple, vous pourriez équiper un robot pour qu’il ignore les épines lorsqu’il cueille des roses, mais qu’il soit hypersensible à l’humidité ou à la sensation de la tige.

Applications et chronologie de la peau robotique

Il existe plusieurs applications pour la peau robotique. L’utilisation évidente serait d’améliorer les capacités des robots humanoïdes. Ces dispositifs ressemblent déjà aux humains par leur structure et leur apparence. Ajouter une couche de toucher pourrait les rendre encore plus semblables aux humains et plus accessibles.

Prothèses

Cette étude pourrait aider à rendre les prothèses capables de ressentir une réalité. L’utilisation d’un hydrogel souple et flexible comme peau aidera à rendre ces dispositifs médicaux plus réalistes pour le porteur et son entourage. De plus, elles peuvent être conçues pour fournir la même sensation que la partie du corps perdue, voire être améliorées avec des entrées sensorielles supplémentaires.

Secteur automobile

Le secteur automobile a été à la pointe de l’intégration de la robotique. Cette étude pourrait aider à créer des robots capables de travailler aux côtés des humains en toute sécurité. Ces dispositifs pourraient reconnaître lorsqu’ils s’approchent ou interagissent avec un humain et réagir comme le ferait un collègue si ils devaient vous heurter accidentellement et s’éloigner.

Secteur agricole

Les robots sensibles au toucher sont déjà utilisés pour déterminer des aspects clés de l’agriculture. Le dispositif pourrait utiliser la peau robotique pour réduire son poids, augmentant ainsi ses temps de fonctionnement et ses performances. Ces systèmes pourraient également intégrer des modèles d’IA spécialement conçus pour améliorer les performances et garantir les résultats.

Chronologie de la peau robotique

Il pourrait falloir 5 à 10 ans avant que la peau robotique n’arrive sur le marché. Les ingénieurs compléteront davantage de travaux sur leur design et chercheront des partenariats et des financements. Si le projet réussit, vous pourriez voir la peau robotique sur des appareils dans les entrepôts d’ici 5 à 7 ans. Si tout se passe bien, les dispositifs médicaux pourraient utiliser cette option d’ici la prochaine décennie.

Qui a développé la peau robotique ?

Des ingénieurs de l’Université de Cambridge et de l’University College London (UCL) ont collaboré pour concrétiser cette étude. L’article cite David Hardman, Thomas George Thuruthel et Fumiya Iida comme principaux auteurs du travail. Notamment, l’étude a reçu le soutien de la Royal Society, du Engineering and Physical Sciences Research Council, du Samsung Global Research Outreach Program et de UK Research and Innovation.

Avenir de la peau robotique

L’équipe cherche maintenant à améliorer la durabilité et la sensibilité de leur dispositif. Les prochaines étapes comprendront la recherche supplémentaire de matériaux pour l’unité et de nouveaux types de capteurs. L’objectif est d’innover et de promouvoir les peaux à couche unique dans les systèmes sensibles et de favoriser l’utilisation d’options sensorielles multimodales à l’avenir.

Investir dans la robotique

Le secteur de la robotique compte plusieurs concurrents de haut niveau. Ces entreprises offrent des robots allant de la surveillance d’infrastructures aux dispositifs de santé et au matériel militaire. Tous ces secteurs ont connu une croissance considérable au cours de la dernière décennie, les analystes prévoyant encore plus à l’avenir. Voici une entreprise bien placée pour tirer parti de l’adoption future.

UiPath

UiPath (PATH ) est entré sur le marché en 2005. À l’époque, il s’appelait DeskOver. Les fondateurs de l’entreprise, Daniel Dines et Marius Tîrcă, souhaitaient créer un logiciel d’automatisation robotique fiable pour une industrie naissante. La première décennie de l’entreprise a connu une croissance lente mais régulière.

En 2015, l’entreprise est devenue UiPath et a étendu ses opérations. Elle a ouvert son siège à New York, avec de nouveaux bureaux à Londres, Bangalore, Paris, Singapour, Washington D.C. et Tokyo. En 2021, UiPath a organisé l’une des plus importantes introductions en bourse de logiciels aux États-Unis, où elle a levé 35 milliards de dollars pour poursuivre ses activités.

Aujourd’hui, UiPath joue un rôle essentiel dans l’automatisation robotique. Leur logiciel aide des flottes de robots à rester synchronisées, fonctionnant en toute sécurité avec des milliers de collègues humains et d’autres dispositifs. Ainsi, ceux qui cherchent à s’exposer à l’industrie de la robotique devraient approfondir leurs recherches sur les actions UiPath.

Dernières actualités et développements des actions UiPath (PATH)

Réflexions finales : L’avenir de la peau robotique

Le concept de peau robotique pourrait améliorer la façon dont les humains et les robots interagissent à l’avenir. Ce dispositif pourrait être intégré aux robots existants, leur offrant une compréhension améliorée de leur environnement et de nouvelles capacités. Pour ces raisons et bien d’autres, il faut féliciter ces ingénieurs pour leur travail acharné.

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Études référencées :

^{1. David Hardman et al., Structuration d’informations multimodales avec des peaux souples à couche unique et tomographie d’impédance électrique à haute densité.Sci. Robot.10,eadq2303(2025).DOI:10.1126/scirobotics.adq2303}