Robots souples semi-autonomes prêts à sauver des vies

Lorsque vous pensez aux robots, vous imaginez probablement une machine rigide capable d’accomplir des tâches ou de vous assister dans vos projets. Cependant, une autre catégorie de robots continue de surprendre et d’apporter de l’innovation : les robots souples. Ces dispositifs uniques peuvent modifier leur forme et leurs actions pour répondre à de nombreuses tâches. Voici ce que vous devez savoir.

Qu’est-ce que les robots souples et pourquoi sont-ils des révolutionnaires ?

Le secteur de la robotique souple est un marché passionnant qui continue de connaître d’importantes améliorations et innovations. Beaucoup considèrent ces dispositifs comme la clé des opérations de secours en cas de catastrophe. La nature souple et adaptable de ces unités leur permet de se faufiler à travers de minuscules trous et tuyaux lorsque nécessaire, permettant au robot d’atteindre les emplacements les plus difficiles, autrement inaccessibles avec les solutions traditionnelles.
Les robots souples sont construits à partir de matériaux flexibles qui leur permettent de se transformer et de plier leur structure selon les besoins. Ces dispositifs 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 supérieur 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 rendent la création de ces dispositifs un équilibre entre performance et placement des composants dans des zones où ils ne compromettent pas la flexibilité. Par le passé, les ingénieurs limitaient l’électronique utilisée afin de réduire la rigidité des robots souples.

La réduction des capteurs intégrés présents dans ces systèmes permet d’éliminer les cartes rigides et les servomoteurs, mais cela signifie également que ces dispositifs sont généralement limités à des systèmes de communication unidirectionnels. Ces systèmes sont ceux que le pilote utilise pour guider le robot à travers un terrain accidenté.

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

Une étude révolutionnaire dévoile des robots souples plus intelligents et flexibles

L’étude « Wireless, Multifunctional System-Integrated Programmable Soft Robot»¹ publiée dans Nano-Micro Letters présente un nouveau concept de robot souple plus performant et abordable que les options précédentes. Dans le cadre des 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

À l’intérieur de la conception des robots souples de nouvelle génération

Dans le cadre de la nouvelle conception du robot souple, l’équipe a commencé par recréer la structure du robot souple à partir de zéro. Ils ont réalisé qu’il fallait concevoir l’appareil de manière à lui permettre d’adopter plusieurs formes et mouvements tout en consommant peu d’énergie. Pour accomplir cette tâche, ils intègrent des matrices composites souples à réponse magnétique avec des électroniques multifonctionnelles déformables.

Comment les ingénieurs préservent la flexibilité dans les robots souples avancés

Maintenir la flexibilité des robots souples constitue un enjeu majeur pour les concepteurs et les ingénieurs. Chaque fois que l’on ajoute une puce, un capteur, une batterie ou un servomoteur, on limite considérablement la flexibilité de cette partie du robot. Par conséquent, les robots souples les plus performants ont généralement moins de flexibilité, car leurs composants centraux ne peuvent pas se plier sans se détériorer.
L’équipe a passé beaucoup de temps à débattre du circuit sans fil idéal, des capteurs et des dispositifs. Ensuite, il a fallu aux ingénieurs déterminer le meilleur emplacement pour ces appareils afin d’influencer le mouvement. Au final, une disposition spécifique a été adoptée, espaçant les composants électroniques de façon à permettre au robot de s’ajuster complètement et même de se rouler en boule lorsque nécessaire.

Mouvement contrôlé magnétiquement: comment ces robots souples se déplacent

Les ingénieurs ont ensuite dû déterminer comment doter le robot de la capacité à modifier sa forme. Pour cette étape, ils se sont tournés vers plusieurs composés magnétiques. Plus précisément, les composés magnétiques sont préparés en mélangeant les WcMPs synthétisés avec un élastomère silicone et un agent de durcissement.

Ensuite, un laser a été utilisé pour structurer les composites souples magnétiques avant l’application de chaleur. L’étape suivante a nécessité que les ingénieurs programment un champ magnétique externe (200 mT) afin de faire tourner et aligner la direction des particules magnétiques intégrées. Enfin, les aimants nouvellement créés ont été laissés à refroidir.

Ces aimants conçus sur mesure ont été conçus pour subir une transition de phase à basse température, permettant aux ingénieurs de changer la polarité magnétique en quelques secondes. En ajustant la force et la direction du champ, l’équipe peut faire exécuter au robot certaines tâches et formes. Ils notent qu’ils ont pu faire plier, tordre et ramper leur dispositif grâce à cette méthode.

Guidage précis des robots souples à l’aide de champs magnétiques

Le laboratoire a créé un matériau magnétique intégré à la structure flexible de l’unité. Cette action a permis aux ingénieurs de contrôler l’appareil en utilisant des champs magnétiques. Les ingénieurs ont appliqué le champ à l’aide d’aimants portatifs et de générateurs de champs électromagnétiques.

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

Capteurs intégrés qui rendent les robots souples semi-autonomes

Au cœur de cette recherche se trouvait le désir de créer les premiers robots souples semi-autonomes. Ces dispositifs intègrent une suite de capteurs leur permettant de prendre des décisions en fonction de l’environnement. Par exemple, ils pourraient configurer l’unité pour réagir aux variations 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 excellents pour activer les aimants mais moins efficaces en ce qui concerne les interférences électroniques. Ces champs peuvent perturber les fonctions électroniques et créer le chaos.
En conséquence, les ingénieurs ont passé beaucoup de temps à déterminer la disposition idéale des composants électroniques. Ils ont pu identifier le meilleur emplacement pour les capteurs et les puces en fonction des niveaux d’interférence et de la pré-force. Cette étape a garanti que le robot souple ne tomberait pas subitement en panne lorsqu’il change de forme et modifie ses propriétés électromagnétiques.

Tester les capacités des robots souples en environnements réels

Pour démontrer les capacités de leurs robots souples, l’équipe a mis en place un petit parcours d’obstacles. Le petit dispositif alimenté magnétiquement a pu traverser divers terrains et obstacles pour achever le parcours avec succès. Le robot est visible dans une vidéo publiée, traversant le terrain en modifiant sa forme et sa configuration.