Des chercheurs ont mis au point des robots mous capables de se déplacer dans des environnements complexes, tels que des labyrinthes, sans intervention humaine ou informatique. Les robots mous sont constitués d’élastomères à cristaux liquides en forme de ruban torsadé, ressemblant à des versions translucides de pâtes rotini. Crédit : Yao Zhao, NC State University
Les chercheurs de North Carolina State University (NCSU) and the University of Pennsylvania (Penn) have developed soft robots that are capable of navigating complex environments, such as mazes, without input from humans or computer software.
“These soft robots demonstrate a concept called ‘physical intelligence,’ meaning that structural design and smart materials are what allow the soft robot to navigate various situations, as opposed to computational intelligence,” says Jie Yin, corresponding author of a paper on the work and an associate professor of mechanical and aerospace engineering at NC State.
The soft robots are made of liquid crystal elastomers in the shape of a twisted ribbon, resembling the pasta rotini, except translucent. When you place the ribbon on a surface that is at least 55 degrees Celsius (131 degrees Fahrenheit), which is hotter than the ambient air, the portion of the ribbon touching the surface contracts, while the portion of the ribbon exposed to the air does not. This induces a rolling motion in the ribbon. And the warmer the surface, the faster it rolls.
Une équipe de recherche collaborative du NCSU et de Penn a récemment mis au point un robot souple torsadé, autonome et intelligent, capable de s’échapper de parcours d’obstacles simples ressemblant à des labyrinthes sans aucun contrôle externe ni intervention humaine. Le robot souple est constitué d’élastomères à cristaux liquides sensibles à la chaleur, son corps souple ressemblant à un rotini translucide. Lorsqu’il rencontre des obstacles, il utilise l’intelligence physique incarnée de l’auto-snapping et de l’auto-tournement pour négocier et éviter les obstacles de manière autonome. Les chercheurs montrent également que le robot peut rouler sur des dunes de sable chaud sans se bloquer ni glisser, et traverser des rochers chauds. Il peut également récolter l’énergie thermique de l’environnement pour rouler de manière autonome sur le toit d’une voiture et sur les grilles d’un barbecue.
“Cela a déjà été fait avec des tiges à côtés lisses, mais cette forme présente un inconvénient : lorsqu’elle rencontre un objet, elle tourne simplement sur place”, explique M. Yin. “Le robot souple que nous avons fabriqué en forme de ruban torsadé est capable de négocier ces obstacles sans la moindre intervention humaine ou informatique.”
Le robot en forme de ruban y parvient de deux manières. Premièrement, si une extrémité du ruban rencontre un objet, le ruban pivote légèrement pour contourner l’obstacle. Deuxièmement, si la partie centrale du robot rencontre un objet, elle “saute”. Le claquement est une libération rapide de l’énergie de déformation stockée qui fait que le ruban saute légèrement et se réoriente avant d’atterrir. Le ruban peut avoir besoin de claquer plusieurs fois avant de trouver une orientation qui lui permette de franchir l’obstacle, mais il finit toujours par trouver une voie claire pour avancer.
“En ce sens, c’est un peu comme les aspirateurs robotisés que beaucoup de gens utilisent chez eux”, dit Yin. “Sauf que le robot souple que nous avons créé tire son énergie de son environnement et fonctionne sans aucune programmation informatique.”
“Les deux actions, la rotation et le claquement, qui permettent au robot de négocier les obstacles fonctionnent sur un gradient”, explique Yao Zhao, premier auteur de l’article et chercheur postdoctoral à NC State. “Le claquement le plus puissant se produit si un objet touche le centre du ruban. Mais le ruban se déclenchera quand même si un objet le touche en s’éloignant du centre, mais il sera moins puissant. Et plus on s’éloigne du centre, moins le claquement est prononcé, jusqu’à atteindre le dernier cinquième de la longueur du ruban, qui ne produit aucun claquement.”
Les chercheurs ont mené de nombreuses expériences démontrant que le robot souple en forme de ruban est capable de naviguer dans une variété d’environnements labyrinthiques. Les chercheurs ont également démontré que les robots souples fonctionneraient bien dans des environnements désertiques, en montrant qu’ils étaient capables de monter et de descendre des pentes de sable meuble.
“C’est intéressant et amusant à regarder, mais plus important encore, cela fournit de nouvelles idées sur la façon dont nous pouvons concevoir des robots mous capables de récolter l’énergie thermique des environnements naturels et de négocier de façon autonome des environnements complexes et non structurés tels que les routes et les déserts hostiles”, déclare Yin.
Référence : “Twisting for Soft Intelligent Autonomous Robot in Unstructured Environments” 23 mai 2022, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2200265119
L’article sera publié au cours de la semaine du 23 mai dans l’édition du Proceedings of the National Academy of Sciences. L’article a été coécrit par les étudiants en doctorat de l’État de Caroline du Nord, Yinding Chi, Yaoye Hong et Yanbin Li, ainsi que par Shu Yang, titulaire de la chaire Joseph Bordogna de science et d’ingénierie des matériaux à l’Université de Pennsylvanie.
Ce travail a été réalisé avec le soutien du National ScienceFondation, sous les subventions CMMI-431 2010717, CMMI-2005374 et DMR-1410253.
