Robotique
La robotique souple bénéficiera de la fluidique à mousse
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Des robots durs aux robots souples
Lorsque nous pensons aux robots, nous imaginons soit des robots industriels massifs et encombrants, soit des robots futuristes issus de la science-fiction, du Terrifiant Terminator tout en métal au design plus élégant et fluide d’iRobot et des robots humanoïdes modernes .
Source: Sanctuary
Dans tous les cas, une constante est l’omniprésence de surfaces lisses en métal et en plastique, avec des mouvements créés par des pistons, de l’hydraulique et des moteurs électriques.
Cependant, cette conception robotique peut être limitante pour de nombreuses applications nécessitant une approche plus subtile. Par exemple, les robots qui interagissent avec le corps humain, ou ceux chargés de la cueillette des fruits, requièrent des matériaux plus flexibles et un toucher plus doux afin d’éviter d’endommager.
En réponse à ce besoin, un nouveau domaine appelé robotique souple émerge. Ce domaine explore comment utiliser de nouveaux matériaux pour créer des systèmes robotiques souples et flexibles. Nous avons déjà abordé cette idée, notamment sur comment l’impression 3D peut aider à construire des robots souples, ou comment l’hydrogel peut augmenter l’agilité des robots.
Une nouvelle idée peut désormais être ajoutée à cet éventail de techniques de robotique souple: fluidique à mousse.
De la logique pneumatique à la fluidique à mousse
Des chercheurs de l’Université du Texas ont étudié comment la mousse pourrait être un nouveau matériau pour construire des robots. Ils ont découvert que le flux d’air à travers la structure en forme de maillage de la mousse à cellules ouvertes peut remplacer l’électronique, et ont publié leurs résultats dans un article scientifique intitulé “Embedded Fluidic Sensing and Control with Soft Open-Cell Foams”.
L’idée clé est née de l’étude d’un domaine scientifique appelé circuits logiques pneumatiques. Le concept consiste à remplacer le calcul électronique basé sur l’électricité par des fluctuations de flux d’air.
Jusqu’à présent, ce concept a principalement imité la conception des circuits électroniques. Cela a fortement limité son potentiel, car pour des calculs et capteurs plus complexes, la taille et le poids du dispositif deviendraient problématiques.
À la place, les chercheurs de l’Université Rice ont cherché à exploiter les différences de pression créées par le flux d’air à travers les pores microscopiques des feuilles de mousse. En ajoutant plusieurs couches de cette mousse, ils ont pu ajuster finement la façon dont l’air la traverse. Ainsi, ils ont pu réaliser des calculs pneumatiques complexes et des tâches de contrôle avec un design de circuit beaucoup plus simple que la logique pneumatique traditionnelle.
Source: Rice University
Circuit analogique intégré
Un bon exemple est la façon dont une partie du robot peut réagir à la pression. La robotique traditionnelle aurait besoin de capteurs électroniques complexes, de bras élaborés avec de multiples composants pour se plier, et d’un moteur électrique alimenté par batterie ou d’un système hydraulique pour transmettre et réguler la force.
La fluidique à mousse peut, quant à elle, intégrer la réaction directement dans le bras du robot, se pliant sous pression et réagissant proportionnellement au stimulus, comme se plier à moitié lorsqu’elle est pressée avec moins de force.
Source: Rice University
Sa réalisation n’a pas été sans défis. L’un d’eux était que la densité de l’air varie avec les changements de pression, nécessitant des calculs complexes pour modéliser le flux d’air à travers la mousse.
Créer un modèle théorique capable de prédire avec précision le flux d’air et la réaction de la mousse était l’une des parties les plus importantes de ce projet de recherche. Ce n’est qu’une fois cela accompli qu’un design de fluidique à mousse prévisible a pu être construit.
Applications
Comme la fluidique à mousse ne dépend pas de l’électronique ni des batteries, elle peut être beaucoup plus légère que les solutions robotiques conventionnelles. Cela est idéal pour l’intégrer aux tissus et aux vêtements. Sa capacité à se plier et à bouger sans endommager ni augmenter la rigidité des tissus est également bénéfique.
Exosquelettes
Une première application pourrait être d’aider les personnes à mobilité réduite, en raison de handicaps ou de blessures. Il existe déjà un marché croissant d’exosquelettes basés sur la « robotique classique » pour aider dans de tels cas, sujet que nous avons abordé dans « Indépendance et mobilité grâce à la robotique – Comment les exosuits peuvent aider les personnes atteintes de la maladie de Parkinson ».
La même technologie pourrait contribuer à réduire les blessures liées aux travaux nécessitant le levage de charges lourdes, comme dans les entrepôts, les usines ou l’armée.
Nous pouvons facilement imaginer comment la robotique basée sur la fluidique à mousse pourrait être intégrée à de tels exosquelettes ou même remplacée entièrement dans le cadre de pantalons, chemises, etc., conçus sur mesure, car ils sont plus faciles à porter et plus discrets.
VR / Technologie haptique
Les systèmes haptiques créent une sensation de toucher en réaction à un stimulus. Pendant un certain temps, cela a été la prochaine frontière de la réalité virtuelle et d’autres systèmes de simulation.
La fluidique à mousse peut aider à créer de nouveaux types de capteurs haptiques, détectant le mouvement, par exemple, et le convertissant en un signal sur un capteur tactile. Cela pourrait être utilisé, par exemple, pour créer des répliques numériques plus précises de mouvements dans des simulations utilisées pour former des médecins, des intervenants d’urgence ou d’autres formations professionnelles.
Source: Rice University
Investir dans la robotique souple
La robotique souple devrait devenir une part croissante du marché en expansion de la robotique, les robots quittant progressivement les chaînes de production pour aider aux soins des patients dans les hôpitaux, déplacer des marchandises dans les entrepôts ou cueillir des fruits dans les champs et les vergers.
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Entreprises de robotique souple
1. Ekso BIONICS
Ekso BIONICS est un leader dans la technologie des exosquelettes. Elle a lancé le premier exosquelette de rééducation médicale commercial en 2012. Depuis, elle a obtenu l’approbation de ses combinaisons ABI et EVO.
Bien qu’elle s’étende dans le segment travail/usage intensif, l’entreprise reste principalement axée sur les thérapies et la mobilité médicale.
Les revenus de l’entreprise ont connu une croissance rapide (+38 % d’une année à l’autre en 2023).
Source: Ekso
Elle a récemment acquis l’unité commerciale Human Motion and Control (HMC) de Parker Hannifin Corporation afin d’ajouter à son offre des exosquelettes motorisés pour les personnes paralysées.
Cela pourrait indiquer qu’Ekso a un bon potentiel pour devenir un acquéreur récurrent dans le secteur des exosquelettes, développant son offre grâce à un mélange de R&D interne et d’acquisitions stratégiques.
Cela en fait également un bon candidat pour adopter la robotique souple et la fluidique à mousse dans ses futurs designs, tout en capitalisant sur sa présence précoce sur les marchés des exosquelettes médicaux et industriels.
2. Soft Robotics
Cette entreprise est cotée en privé et en 2018, ABB Technological Ventures a conclu un partenariat avec Soft Robotics pour accélérer le développement du calcul microfluidique et du préhenseur souple pour les robots.
Depuis que Soft Robotics se concentre sur le développement de mGripAI, un robot doté d’une prise souple pour l’industrie de la transformation alimentaire, combiné à une vision 3D complète et à un système d’IA, et utilisant le système de préhension IRB360 FlexPicker d’ABB.
Source: Soft Robotics
L’approche de l’entreprise pourrait également intégrer la fluidique à mousse, compte tenu de son expérience dans l’application de la technologie microfluidique aux cas d’usage réels.
Vous pouvez également voir mGripAI en action dans cette vidéo.
Pour l’instant, la principale application des actionneurs et prises souples se situe dans les processus industriels, notamment dans l’industrie alimentaire.
À plus long terme, les progrès en IA, vision machine, technologie des batteries et robotique souple devraient permettre la création de robots capables d’assister les infirmières, les commerçants, les agents d’entretien et d’autres tâches qui dépendent actuellement à près de 100 % de la main‑d’œuvre humaine.
