Des robots souples semi-autonomes prêts à sauver des vies

Quand on pense aux robots, on imagine probablement une machine rigide capable d'accomplir des tâches ou de vous assister dans vos projets. Cependant, une autre catégorie de robots continue de susciter l'intérêt et d'être à l'origine d'innovations : les robots souples. Ces appareils uniques peuvent modifier leur forme et leurs actions pour accomplir de nombreuses tâches. Voici ce que vous devez savoir.

Que sont les robots souples et pourquoi changent-ils la donne ?

Le secteur de la robotique souple est un marché prometteur qui connaît constamment des améliorations et des innovations majeures. Nombreux sont ceux qui considèrent ces dispositifs comme la clé des opérations de secours en cas de catastrophe. Leur souplesse et leur adaptabilité leur permettent de se faufiler dans de minuscules trous et tuyaux si nécessaire, permettant ainsi au robot d'atteindre les endroits les plus difficiles d'accès, autrement impossibles à atteindre avec les solutions traditionnelles.

Les robots souples sont fabriqués à partir de matériaux flexibles qui leur permettent de se transformer et de plier leur structure selon les besoins. Ces appareils se présentent sous de nombreuses formes : certains sont conçus pour se faufiler dans les tuyaux comme un serpent, tandis que d'autres peuvent se plier ou se rouler en boule, offrant un accès optimal lorsque la situation l'exige.

Principaux défis freinant le développement des robots souples

Les robots souples ne sont pas parfaits. Leur conception et leurs matériaux intrinsèques font de leur création un équilibre entre performances et positionnement des composants là où ils ne gênent pas la flexibilité. Par le passé, les ingénieurs limitaient l'électronique utilisée afin de réduire la rigidité de leurs robots souples.

La réduction du nombre de capteurs intégrés dans ces systèmes permet d'éliminer les cartes rigides et les servos, mais cela signifie également que ces dispositifs se limitent généralement à des systèmes de communication unidirectionnels. Ces systèmes permettent au pilote de piloter le robot sur un terrain accidenté.

Consciente des limites de cette approche, une équipe d’ingénieurs créatifs issus de plusieurs institutions de recherche de premier plan a proposé une conception améliorée de robot souple qui réduit la rigidité et augmente les performances à tous les niveaux.

Une étude révolutionnaire dévoile des robots souples plus intelligents et flexibles

L'Robot souple programmable sans fil, multifonctionnel et intégré au système"¹ Une étude publiée dans Nano-Micro Letters présente un nouveau concept de robot souple, plus performant et plus abordable que les options précédentes. Parmi les capacités améliorées du robot, l'équipe a introduit une multitude de capteurs permettant à l'appareil de prendre des décisions semi-autonomes en fonction de sa situation et de son environnement.

Source – Jennifer M. McCann

Au cœur de la conception des robots souples de nouvelle génération

Dans le cadre de la conception du nouveau robot souple, l'équipe a commencé par recréer entièrement l'agencement du robot souple. Elle a réalisé qu'il était nécessaire de concevoir un dispositif capable d'obtenir de multiples formes et mouvements avec une consommation d'énergie minimale. Pour ce faire, elle a intégré des matrices composites souples magnétiquement réactives à une électronique multifonctionnelle déformable.

Comment les ingénieurs préservent la flexibilité des robots souples avancés

Maintenir la flexibilité des robots souples est un enjeu majeur pour les concepteurs comme pour les ingénieurs. Chaque ajout d'une puce, d'un capteur, d'une batterie ou d'un servomoteur limite considérablement la flexibilité de cette partie du robot. Par conséquent, les robots souples les plus performants sont généralement moins flexibles, car leurs composants de base ne peuvent pas se plier sans défaillance.

L'équipe a longuement débattu du circuit, des capteurs et des dispositifs sans fil idéaux. Ensuite, il revenait aux ingénieurs de déterminer l'emplacement optimal pour ces dispositifs, qui auraient un impact sur le mouvement. Finalement, un agencement spécifique a été convenu, espaçant l'électronique de manière à permettre au robot de s'ajuster parfaitement et même de se recroqueviller en boule si nécessaire.

Mouvement contrôlé magnétiquement : comment ces robots souples se déplacent

Les ingénieurs ont ensuite dû trouver comment doter le robot de la capacité de se transformer. Pour cela, ils ont utilisé plusieurs composés magnétiques. Plus précisément, ces composés sont préparés en mélangeant les WcMP synthétisés avec un élastomère de silicone et un agent de durcissement.

Ensuite, un laser a été utilisé pour modeler les composites magnétiques souples avant l'application de chaleur. L'étape suivante a nécessité la programmation d'un champ magnétique externe (200 mT) pour faire tourner et aligner les particules magnétiques intégrées. Enfin, les aimants nouvellement créés ont été laissés refroidir.

Ces aimants spécialement conçus ont été conçus pour subir une transition de phase à basse température, permettant aux ingénieurs de modifier la polarité magnétique en quelques secondes. En ajustant l'intensité et la direction du champ, l'équipe peut faire exécuter au robot certaines tâches et formes. Ils ont constaté que cette méthode leur permettait de plier, de tordre et de ramper.

Piloter des robots souples avec précision grâce à des champs magnétiques

Le laboratoire a créé un matériau magnétique intégré à la structure flexible de l'appareil. Cette action a permis aux ingénieurs de contrôler l'appareil grâce à des champs magnétiques. Les ingénieurs ont appliqué ce champ à l'aide d'aimants portables et de générateurs de champs électromagnétiques.

Plus précisément, un aimant permanent NdFeB commercial et un électroaimant cylindrique personnalisé ont été choisis comme la meilleure solution pour appliquer un champ magnétique externe. Ces dispositifs génèrent suffisamment de force pour déplacer le robot magnétique souple.

Capteurs intégrés qui rendent les robots souples semi-autonomes

Au cœur de cette recherche se trouvait la volonté de créer les premiers robots souples semi-autonomes. Ces appareils intégreraient un ensemble de capteurs leur permettant de prendre des décisions en fonction de l'environnement. Par exemple, ils pourraient configurer l'unité pour réagir aux changements de température, aux obstacles ou aux contraintes de temps.

Surmonter les interférences magnétiques dans l'électronique des robots souples

Les ingénieurs savaient que l'interaction des aimants engendrerait de nouveaux problèmes à résoudre, principalement les interférences. Les champs magnétiques sont efficaces pour activer les aimants, mais moins efficaces en termes d'interférences électroniques. Ces champs magnétiques peuvent perturber les fonctions électroniques et créer le chaos.

Les ingénieurs ont donc consacré beaucoup de temps à déterminer la configuration électronique idéale. Ils ont pu déterminer le meilleur emplacement pour les capteurs et les puces en fonction des niveaux d'interférence et de la pré-force. Cette étape a permis d'éviter toute défaillance soudaine du robot souple lorsqu'il change de forme et modifie ses propriétés électromagnétiques.

Tester les capacités des robots souples dans des environnements réels

Pour démontrer les capacités de leurs robots souples, l'équipe a mis en place un minuscule parcours d'obstacles. Ce minuscule dispositif à propulsion magnétique a pu traverser divers terrains et obstacles pour réussir son parcours. Dans une vidéo publiée, on peut voir le robot parcourir le terrain en modifiant sa forme et sa disposition.

Le robot pénètre d'abord dans un tuyau et forme une boule, ce qui lui permet de franchir rapidement l'obstacle. Il est ensuite confronté à différents types de terrain, dont la configuration, la hauteur et la rugosité varient. Lors de ces tests, les ingénieurs ont veillé à la stabilité et aux performances électroniques.

Comment les composants électriques se comportent sous contrainte magnétique

Les composants électriques du robot ont également été minutieusement testés. Ces tests ont permis de mesurer les effets des interférences électromagnétiques sur les composants essentiels de l'appareil, tels que l'inducteur, la température, la contrainte, les transistors, les condensateurs, la μ-LED, le μ-heater, le microcontrôleur (μC), les diodes et le système sur puce Bluetooth basse consommation.

Les résultats prouvent que la nouvelle conception du robot souple améliore les performances

Les résultats des tests ont démontré que le nouveau robot souple était très efficace et plus performant que la robotique souple traditionnelle. Ils ont constaté que les robots électroniques autonomes et les composites à réactivité magnétique permettaient aux ingénieurs d'obtenir une gamme exceptionnelle de mouvements et de formes.

La conception du robot permet une exécution stable et précise de fonctions électriques multimodales sans perte de mouvement mécanique. De plus, les capteurs permettent au robot de prendre des décisions en temps réel pour atteindre son objectif. Cette approche a démontré l'adaptabilité et la capacité du dispositif à réaliser des tâches complexes dans des conditions très diverses.

Avantages des robots souples dans le sauvetage, la médecine et l'industrie

Cette étude sur les robots souples présente de nombreux avantages pour le marché. Elle ouvre notamment la voie à des dispositifs plus performants et agiles. L'utilisation d'aimants plutôt que de servomoteurs rend ces unités beaucoup plus flexibles, légères et réactives. Ces avantages permettent aux ingénieurs d'être plus innovants dans leurs conceptions futures et d'adapter leurs conceptions à la demande.

Cas d'utilisation réels et avenir des robots souples

Les applications des robots souples sont aujourd'hui nombreuses sur le marché. De la prise en charge de tâches industrielles au travail en étroite collaboration avec les humains, ces appareils transformeront le marché à bien des égards. Voici quelques-uns des meilleurs scénarios d'utilisation de la robotique souple pour les années à venir.

Sauvetage en cas de catastrophe

De nombreux analystes considèrent les robots souples comme la meilleure solution pour les opérations de secours après sinistre. Lors de catastrophes majeures comme des tremblements de terre ou des inondations, les équipes de secours peuvent être gênées par l'ampleur des décombres et des destructions causées par l'événement.

Les robots souples sont conçus pour évoluer facilement dans ces conditions. À l'avenir, ils pourront être équipés de capteurs permettant de localiser les survivants grâce à des technologies telles que des capteurs de rythme cardiaque ou d'ammoniac. Ces unités pourront être déployées en masse pour se frayer un chemin à travers des bâtiments effondrés ou des jungles accidentées jusqu'à trouver la vie. À ce titre, elles pourraient devenir un outil précieux pour les premiers intervenants.

Médical

La robotique souple possède une longue et passionnante histoire dans le domaine médical. Ces dispositifs pourraient un jour administrer des médicaments dans des zones difficiles d'accès comme le foie ou les reins. Ces robots seront capables de parcourir les voies complexes du corps humain et d'accomplir des tâches.

Par exemple, une pilule robotisée intégrera des capteurs avancés capables de suivre des données telles que les variations de pH ou de pression à la source. Les ingénieurs imaginent même un jour où vous pourrez recevoir une injection pour introduire le robot dans votre corps afin de traiter des maladies cardiovasculaires, d'administrer des médicaments ou de surveiller des données vitales.

Assistance industrielle

La robotique souple sera omniprésente dans les usines du futur. Contrairement à leurs homologues rigides, les robots souples peuvent travailler aux côtés des humains sans augmenter les risques de blessures. Les scientifiques étudient déjà un système de réponse basé sur des capteurs qui permettrait à ces unités de réagir comme un humain lorsqu'elles heurtent des collègues, en reculant et en évitant les blessures.

Rencontrez les ingénieurs derrière l'innovation du robot souple

Cette recherche a impliqué des participants issus de plusieurs établissements d'enseignement fortement touchés. Plus précisément, des ingénieurs de Penn State ont mené l'étude aux côtés d'une équipe de chercheurs d'autres établissements.

Le rapport mentionne parmi les contributeurs Sungkeun Han, Jeong-Woong Shin, Joong Hoon Lee, Bowen Li, Gwan-Jin Ko, Tae-Min Jang, Ankan Dutta, Won Bae Han, Seung Min Yang, Dong-Je Kim, Heeseok Kang, Jun Hyeon Lim, Chan-Hwi Eom, So Jeong Choi, Huanyu Cheng et Suk-Won Hwang. Il précise également que la Fondation nationale de recherche de Corée du Sud et l'Institut coréen des sciences et technologies ont contribué au financement de cette recherche.

L'avenir des robots souples : miniaturisation et médecine

Selon les ingénieurs, ils prévoient de nombreux perfectionnements pour leur dispositif. Ils espèrent miniaturiser davantage le système pour le rendre adapté à des applications biomédicales. Imaginez une pilule robotisée conçue pour scanner votre tube digestif. Toutes ces options, et bien d'autres encore, sont envisageables.

Investir dans la biotechnologie

La robotique est un secteur en pleine expansion, qui s'étend des entreprises fabriquant des machines de guerre jusqu'aux machines microscopiques que l'on peut avaler. Ce secteur diversifié a bénéficié d'investissements et d'innovations considérables au cours de la dernière décennie. Ces recherches ont abouti à l'introduction de robots hautes performances désormais disponibles sur le marché. Voici une entreprise qui continue de stimuler l'innovation en robotique et en biotechnologie.

iRythm Technologies:Une société leader dans la surveillance cardiaque basée sur l'IA

Bien que l’étude actuelle ne soit pas encore commercialisée, d’autres sociétés de biotechnologie comme iRhythm Technologies démontrent déjà la promesse de l’intégration de l’IA à la robotique de surveillance de la santé.

iRythm Technologies (IRTC -2.81%) a été fondée en 2006 et est immatriculée dans le Delaware. Son fondateur, Uday N. Kumar, a créé l'entreprise pour fournir des systèmes de surveillance cardiovasculaire haut de gamme aux premiers intervenants. Son premier produit, un patch capteur, a été adopté dans le secteur de la santé.

Aujourd'hui, iRhythm Technologies propose une gamme d'appareils de surveillance cardiaque avancés. Ces unités combinent intelligence artificielle propriétaire et apprentissage automatique pour identifier plus rapidement les arythmies. L'entreprise continue notamment d'améliorer ses produits et son IA en intégrant ses données dans ses futurs appareils. Si vous souhaitez accéder à une entreprise de biotechnologie bénéficiant déjà d'un fort soutien du marché, IRCTC est une excellente option.

Dernières nouvelles d'iRhythm Technologies

Pourquoi les robots souples pourraient sauver des vies dans un avenir proche

En examinant les cas d'utilisation et les capacités de ces appareils, on constate aisément qu'ils occupent un créneau inaccessible aux robots traditionnels. La demande pour ces appareils uniques est donc appelée à augmenter à mesure que leurs capacités seront mieux comprises.

Heureusement, cette dernière étude contribue à éclairer ces appareils et ouvre la voie à de nouvelles innovations. Pour l'instant, toute personne souhaitant contribuer à la définition de ces robots peut soumettre ses meilleures options à Cheng à l'adresse [email protected].

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Études référencées :

^{1. Han, S., Shin, JW., Lee, JH et al. Robot souple programmable intégré sans fil et multifonctionnel. Nano-Micro Lett. 17, 152 (2025). https://doi.org/10.1007/s40820-024-01601-3}