Dans une galaxie pas si lointaine, la tendance est à la robotique "molle"

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La recherche dans le domaine de la robotique montre des signes de croissance exponentielle et affiche de vrais progrès technologiques. Les différentes catégories de robots de nos jours présentent les mêmes fonctionnalités : la locomotion, la manipulation, la perception, la communication avec l’homme… Mais, conçus jusqu’à maintenant avec des structures et des composants relativement rigides, leur conformation physique limite les actions physiques qu’ils peuvent réaliser dans des environnements contraints. Une alternative consiste à travailler avec des structures plus flexibles. La recherche en structures robotiques molles a de ce fait pris de l’ampleur ces dernières années. Oublions donc le métal et le grincement des mécanismes, le robot du futur sera mou. Ces robots mous sont souvent inspirés par le monde animal en imitant leurs facultés de déplacement ou de camouflage. Ils peuvent changer de forme, de couleur et effectuer des mouvements plus ou moins flexibles, les actionneurs lourds et les engrenages disparaissent de leur conception, les rendant plus économes en énergie.

Retour sur quelques travaux de recherche menés par l’équipe de Georges M. Whitesides de John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de l’Université de Harvard, très investie dans ce domaine.
Les travaux de l’équipe de George M. Whitesides, ont initialement été inspirés de la structure physique d’un calamar. Faits à partir d’un élastomère superposé en différentes couches, ces robots se gonflent et dégonflent par un mécanisme de canaux à air comprimé. En plus d’avancer à une vitesse allant jusqu’à 40 km/h, ce "squid robot" peut se glisser dans les moindres recoins afin d’y ramasser des objets. L’une des applications envisagées consiste à équiper ce robot de divers capteurs, caméras aux détecteurs chimiques, pour localiser des survivants, surveiller les dommages causés par une catastrophe ou prendre des mesures chimiques et radiologiques, sans mettre en danger la vie des secouristes.

Cette même équipe de chercheurs, a par la suite innové en développant un moyen de coloration dynamique permettant au robot de se camoufler dans l’environnement dans lequel il se trouve. En injectant des liquides colorés ou fluorescents dans des petits canaux de moins d’1mm de diamètre placés sur le dos des robots, ces derniers changent de couleur rapidement. Un tel système de coloration dynamique pourrait permettre d’aider les médecins à planifier des chirurgies complexes en l’utilisant comme un marqueur visuel dans les zones d’intervention chirurgicale.

Après la marche et le camouflage, l’équipe a ajouté une nouvelle compétence à l’arsenal du robot : le saut. La configuration du robot en silicone légèrement modifié, se présente sous forme de trépied, qui à l’aide de petites explosions produites par un mélange de méthane et d’oxygène, peut sauter. C’est la première fois qu’une équipe parvient à déplacer de façon coordonnée un petit système mou sous l’effet de la combustion. Cette capacité à sauter pourrait s’avérer critique en permettant aux robots d’éviter les obstacles lors des opérations de recherche et de sauvetage.

Etape suivante, cette équipe a développé l’un des premiers robots souples par impression 3D capable de se déplacer de manière autonome grâce à ses trois jambes pneumatiques. Des composants électroniques rigides ont été réintroduits afin d’augmenter la résilience du robot. En l’absence de pièces coulissantes ou de joints traditionnels, ce robot permet d’être déployé sur des terrains difficiles ou imprévisibles lui permettant de survivre à de grandes chutes et à d’autres évènements inattendus.

Jusqu’alors, les robots à corps mou ont été attachés à un système externe ou équipés de composants durs. Plus récemment, les équipes de Robert J.Wood, professeur d’ingénierie à la SEAS et de Jennifer A. Lewis, professeur à l’Institut Wyss de l’Université d’Harvard ont conçu le premier robot mou entièrement autonome surnommé « octobot ». L’ octobot est pneumatique, alimenté par du gaz sous pression qui s’écoule dans ses bras et les gonfle comme des ballons. Chaque composant fonctionnel requis dans le corps du robot souple peut être imprimé en 3D, y compris le stockage, et l’actionnement du carburant.

Enfin, en juin 2017, l’équipe de George M. Whitesides et d’Alex Nemiroski ont mis au point des robots souples d’inspiration biologique à l’aide de pailles en plastique. Inspiré des insectes arthropodes et des araignées, ce robot est capable de se tenir debout et marcher même sur les surfaces liquides. Contrairement aux générations précédentes de robots mous, qui pouvaient se tenir debout et marcher maladroitement en gonflant des chambres à air dans leur corps, les nouveaux robots sont conçus pour être beaucoup plus agiles.
Toutes ces recherches font appel à l’imagination fertile des scientifiques et ont abouti à l’amélioration des capacités technologiques d’une foultitude de petits robots mous bio inspirés, dont les applications paraissent encore lointaines. Cependant, la saga de la famille des robots mous ne fait que commencer et a pour la première fois fait ses preuves dans le domaine médical en janvier 2017. L’équipe d’Ellen T. Roche du SEAS de l’Université d’ Harvard et de l’Hôpital de Boston pour enfants a mis au point un robot souple adaptable à un cœur pour l’aider à battre. Contrairement aux dispositifs actuellement disponibles qui aident la fonction cardiaque, ce manchon robotisé souple ne touche pas directement le sang. Cela réduit le risque de coagulation et élimine le besoin pour un patient de prendre des anticoagulants potentiellement dangereux.

Même si les robots mous suscitent toujours autant d’intérêt, tout récemment, en janvier 2018, l’équipe de Robert J. Wood du SEAS a développé des robots miniaturisés, à l’échelle centimétrique, inspirés de l’origami (robot milliDelta), des caractéristiques de déplacement d’un cafard (robot HAMR) ou d’une abeille (robot Robobee).
Ces équipes pourraient-elles combiner ces deux technologies pour mettre au point un robot hybride, un robot mou miniaturisé ? La collaboration des équipes et les tendances de leurs développements semblent déjà nous donner un semblant de réponse…


Rédacteur
- Nadia Benallal, Attachée adjointe pour la Science et la Technologie, Consulat Général de France à Boston, deputy-inno@ambascience-usa.org


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Sources
- https://news.harvard.edu/gazette/story/2011/12/soft-bots/
- https://news.harvard.edu/gazette/story/2012/08/soft-robots-go-for-color-camouflage/
- https://news.harvard.edu/gazette/story/2013/02/robots-with-lift/
- https://news.harvard.edu/gazette/story/2015/07/researchers-create-jumping-soft-robot-using-3-d-printer/
- https://news.harvard.edu/gazette/story/2016/08/the-first-autonomous-entirely-soft-robot/
- https://news.harvard.edu/gazette/story/2017/06/harvard-scientists-use-simple-materials-to-create-semi-soft-robots/
- https://news.harvard.edu/gazette/story/2017/01/soft-robot-helps-the-heart-beat/
- https://www.seas.harvard.edu/news/2018/01/small-but-fast-miniaturized-origami-inspired-robot-combines-micrometer-precision-with-high-speed
- https://www.seas.harvard.edu/news/2018/02/cockroach-inspired-robot
- https://www.seas.harvard.edu/news/2017/10/new-robobee-flies-dives-swims-and-explodes-out-of-water