main-robotique-partie-dures-parties-moules
Au cours des dernières années, une classe entièrement nouvelle de robots inspirés par des formes naturelles et construits à l’aide d’élastomères souples, est de plus en plus utilisée par les concepteurs de robots, avec des conceptions capables de saisir des objets, de marché, et même de faire des sauts.

Des robots entièrement mous

Pourtant, malgré ces innovations, les robots dits « mous » étaient encore constitués des pièces « dures ». En particulier, a déclaré Philipp Rothemund, un étudiant qui travaille dans le laboratoire de Woodford L. et Ann A. Flowers de l’Université George Whitesides, la contraction et la décontraction des mains des robots étaient généralement contrôlées par des valves pneumatiques standard.
Rothemund et Daniel Preston, boursier post-doctoral, ont créé une valve souple qui pourrait remplacer ces composants durs et mener à la création de robots entièrement souples. Cette structure peut également être utilisée pour produire un comportement oscillatoire et pourrait même être utilisée pour construire des circuits logiques mous. Cette valve est décrite dans un article récemment publié dans Science Robotics.
En plus de Rothemund et Preston, cette étude est co-rédigé par Alar Ainla, Lee Belding, et Sarah Kurihara du département de chimie et de biologie chimique, Zhigang Suo de l’Institut Kavli pour la science et la technologie Bionano, et Whitesides.
« Les gens ont construit de nombreux types différents de robots mous et ils sont tous, à la fin, contrôlés par des vannes dures », a déclaré Rothemund. « Notre idée était de construire ces contrôles dans le robot lui-même, de sorte que nous n’aurions plus besoin de ces pièces externes dures. Cette valve combine deux idées simples; d’abord, la membrane est similaire aux jouets « popper », et la seconde est que lorsque vous brisez ces tubes, c’est comme lorsque vous brisez un tuyau d’arrosage pour bloquer le flux d’eau. »
La valve créée par Preston et Rothemund est intégrée dans un cylindre qui est séparé par une membrane de silicone, créant une chambre supérieure et inférieure. La pressurisation de la chambre inférieure force la membrane à se soulever, et le relâchement de la pression la fait retomber à son état de « repos ». Chaque chambre contient également un tube qui peut être secoué lorsque la membrane change d’orientation, ce qui permet d’allumer ou d’éteindre la valve.

Commuter entre deux états

« Quelle que soit la direction dans laquelle il se trouve, il plie un tube au-dessus ou au-dessous », a déclaré Preston. « Ainsi, quand il est éjecté, le tube inférieur est plié et il n’y a pas de flux d’air à travers le tube inférieur. Lorsque la membrane se soulève, le tube supérieur est plié, le tube inférieur se déforme et l’air peut circuler à travers le tube inférieur. Nous pouvons basculer entre ces deux états pour commuter vers un relâchement. »

La robotique douce

D’une certaine façon, selon Preston et Rothemund, la valve représente une nouvelle approche de la robotique douce. Alors que la plupart des travaux dans ce domaine se sont essentiellement concentrés sur les robots de construction de fonction qui peuvent saisir ou agir comme rétracteurs chirurgicaux doux – Rothemund et Preston considèrent leur valve comme un élément-clé qui pourrait être utilisé dans un certain nombre d’appareils.
« L’idée est que cela fonctionne avec n’importe quel actionneur souple, » explique Rothemund. « Cela ne répond pas à la question de savoir comment faire un préhenseur, mais il prend un peu de recul et dit que de nombreux robots mous travaillent sur le même principe de l’inflation et de la déflation, de sorte que tous ces robots pourraient utiliser cette valve. »
Preston et Rothemund ont pu adapter la valve pour effectuer certaines actions, comme saisir un objet de façon autonome. Lors d’une démonstration, a expliqué M. Rothemund, la valve a été intégrée à un « grippeur » multifonctions, mais un petit évent a été ajouté pour permettre à la pression d’air de s’échapper de la chambre inférieure de la valve. Toutefois, lorsque la pince a été abaissée sur une balle de tennis, l’évent s’est refermé, ce qui a entraîné la mise sous pression de la chambre basse, l’activation de la valve et la mise en action de la pince.

Tous ce fait automatiquement

« Cela intègre donc cette fonction dans le robot », dit-il. « Les gens ont déjà fait des pinces, mais il y avait toujours quelqu’un qui se tenait là pour voir que la pince était assez proche pour être activée. Alors que maintenant cela se fait automatiquement. »
L’équipe a également été en mesure de construire un système de « rétroaction » qui, lorsqu’il était alimenté par une seule pression constante, il faisait osciller rapidement la valve entre les deux états.
Essentiellement, selon M. Preston, le système faisait passer la pression de l’air dans la chambre supérieure et dans la chambre inférieure. Lorsque la valve est entrée en position relevée, elle a coupé la pression, ce qui a permis à la chambre basse de s’évacuer, ce qui a relâché la pression et fait revenir la membrane en position basse, ce qui a relancé le cycle.
« Nous avons profité du fait que la pression qui fait basculer la membrane est différente de la pression nécessaire pour qu’elle recule », a-t-il expliqué. « Ainsi, lorsque nous réalimentons la sortie dans la valve, nous obtenons ce comportement oscillatoire. » Grâce à ce comportement, l’équipe a pu construire un simple robot « flexible » capable de se déplacer à partir d’une seule valve recevant une seule pression d’entrée.

Optimiser cette valve

« Donc, avec une pression constante, nous avons pu obtenir un mouvement de marche », a déclaré Preston. « Nous ne contrôlons pas du tout cette marche – nous n’introduisons qu’une seule pression et elle marche toute seule. » Rothemund a ajouté qu’il reste encore du travail à faire pour raffiner davantage cette valve afin qu’elle puisse être optimisée pour diverses utilisations et avoir plusieurs géométries.
« C’était juste une démonstration avec cette membrane, » explique-t-il. « Il existe de nombreuses différentes géométries qui montrent ce type de comportement bistable, donc maintenant, nous pouvons réellement penser à concevoir ce qui s’adapte dans un robot, en fonction de l’application que vous avez à l’esprit. »

Un ordinateur complètement doux

Preston espère également explorer cette conception, parce que puisqu’elle est toujours dans l’un de ces deux états, elle pourrait être utilisée comme un type de transistor pour former des circuits logiques. « C’est un peu comme un transistor; vous pouvez avoir une pression d’entrée et commuter vers ce que la sortie sera, dans ce sens, nous pourrions l’utiliser comme un bloc de construction pour un ordinateur complètement doux. »
Source : Harvard University
Crédit photo sur Unsplash : Franck V.

Des robots constitués de parties mollesmartinRobot
Au cours des dernières années, une classe entièrement nouvelle de robots inspirés par des formes naturelles et construits à l'aide d'élastomères souples, est de plus en plus utilisée par les concepteurs de robots, avec des conceptions capables de saisir des objets, de marché, et même de faire des sauts. Des...