En s’inspirant du guépard, des chercheurs ont conçu un robot capable de courir trois fois plus vite que ne l’a établi le record précédent. Son secret : une colonne vertébrale flexible qui lui permet d’alterner rapidement entre deux états stables. Le robot peut également gravir une pente raide et même nager dans l’eau.
Ils peuvent se faufiler dans des canaux étroits, explorer le corps humain, escalader des murs, saisir délicatement des objets fragiles ou des méduses… Les robots mous ont démontré ces dernières années des performances hors du commun. En revanche, ils sont généralement assez lents. La locomotion à grande vitesse nécessite notamment le stockage et la libération rapide d’énergie ainsi qu’une haute précision des actionneurs, ce qui est impossible pour les robots mous qui se contentent la plupart du temps de « ramper » lentement sur les surfaces comme des serpents. Ils sont ainsi 100 fois moins rapides que les robots rigides, dont certains comme le Cheetah (qui signifie guépard en anglais) peut atteindre les 45 km/h, bondir à 76 cm de hauteur ou même faire un salto arrière.
Le robot galope comme un guépard
C’est pourtant en s’inspirant de ce même guépard que des chercheurs de l’université de Caroline du Nord (États-Unis) ont conçu un robot mou en silicone. « Les guépards sont les créatures les plus rapides sur terre, et ils tirent leur vitesse et leur puissance de la flexion de leur colonne vertébrale », décrit Jie Yin, chercheur en ingénierie mécanique et aérospatiale à l’université de Caroline du Nord.
Pour reproduire ce mouvement, le robot est tapissé de petits canaux dans lesquels on pompe et on relâche de l’air. Il alterne ainsi rapidement entre deux états stables, l’un où les pattes touchent le sol et l’autre où le robot décolle. « Le passage entre les deux états libère une quantité importante d’énergie, ce qui permet au robot d’exercer rapidement une force contre le sol. Le robot “galope” sur la surface, avec des moments où il est en suspension », explique Jie Yin.
Le robot LEAP « galopant » mesure environ 7 centimètres de long et pèse 45 grammes. Il court, nage et gravit des pentes raides. © CState, YouTube
Les robots mous actuels se contentent de ramper sur la surface sans quitter le sol, ce qui limite considérablement leur vitesse. Là où les robots mous les plus rapides se limitent à des vitesses de 0,8 fois leur longueur de corps par seconde, le LEAP (Leveraging Elastic instabilities for Amplified Performance) atteint 2,7 fois la longueur de son corps par seconde, soit une vitesse trois fois supérieure. Grâce à la force exercée par son mouvement, il est aussi capable de gravir des pentes raides.
Du sauvetage à l’industrie : des applications prometteuses
Les performances du LEAP ne s’arrêtent pas là : en remplaçant les pattes par des nageoires, les chercheurs ont pu le faire nager à une vitesse de 0,78 fois la longueur de corps par seconde, contre 0,7 fois pour le robot nageur le plus rapide. « Nous avons également démontré l’utilisation de plusieurs robots souples travaillant ensemble, comme des pinces, pour saisir des objets, assure Jie Yin. En réglant la force exercée par les robots, ces derniers ont réussi à soulever des objets aussi délicats qu’un œuf et pesant 10 kilos ou plus ».
Selon les chercheurs, la marge de progression de cette technologie est encore importante, ce qui signifie que le record de vitesse devrait bientôt être battu. La seule difficulté est de maintenir la stabilité du robot, car l’angle de flexion est difficile à contrôler dans un laps de temps très court.
L’université est déjà en contact avec plusieurs entreprises privées pour intégrer ce type de robots. « Il pourrait servir dans la recherche et le sauvetage, où la vitesse est essentielle, ou encore dans la robotique industrielle. Imaginez par exemple une chaîne de production manipulant des objets fragiles, mais beaucoup plus rapide », s’enthousiasme Jie Yin. L’étude a été publiée dans le journal Science Advance.
Un robot à la fois dur et mou qui se déplace en sautant
Article de Marc Zaffagni publié le 17/07/2015
Combiner la précision et la vitesse d’un robot rigide avec la robustesse et la résilience d’un robot mou, c’est ce qu’ont réussi à faire des ingénieurs du Microrobotics Lab de l’université d’Harvard en créant un robot mou doté d’un système de propulsion autonome beaucoup plus rapide que ce qui se faisait jusqu’à présent. Ces mêmes chercheurs, qui travaillent au sein du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, avaient déjà développé un robot mou capable de résister au froid, au feu et même à l’écrasement par une voiture. Mais il était très lent et peu précis. Il a donc fallu trouver le moyen d’intégrer dans un corps souple un système de propulsion efficace fait de pièces rigides.
Le principal défi technique résidait dans l’interface entre les parties rigides et souples afin d’éviter tout risque de rupture ou de défaillance mécanique lors des mouvements. Une fois de plus, c’est la nature qui a livré la solution. Dans l’article paru dans la revue Science, l’équipe d’Harvard explique qu’elle s’est inspirée de certains organismes vivants dont le corps présente une rigidité graduelle. Les chercheurs ont eu recours à l’impression 3D pour reproduire ce principe en fabriquant un corps qui présente une transition graduelle entre les parties rigides supportant le mécanisme de propulsion et les parties molles qui absorbent les chocs.
La fabrication se fait en une seule étape durant laquelle différents matériaux sont déposés en neuf couches qui vont de la plus rigide à la plus souple vers les parties extérieures. « En ayant recours à une stratégie matérielle graduelle, nous avons considérablement réduit la concentration de contraintes que l’on trouve habituellement sur les interfaces entre les composants rigides et souples, ce qui donne un robot extrêmement durable », explique le professeur Robert Wood, fondateur du Microrobotics Lab. Il n’y a pas de pièces en mouvement, pas d’articulations, le robot se déplace en bondissant grâce à un propulseur à combustion.
Un système pneumatique à combustion
Pour se déplacer, le robot gonfle ses pieds pneumatiques afin d’incliner son corps dans la direction où il veut aller. Puis, le système de propulsion composé de deux cartouches d’oxygène et de butane met à feu ce mélange pour provoquer une explosion qui catapulte le robot. Les sauts à la verticale peuvent atteindre jusqu’à six fois la hauteur de l’appareil. En déplacement latéral, un saut équivaut à la moitié de la largeur du robot.
Pour le moment, cet engin n’a pas d’autre finalité que la preuve de concept qu’il apporte en matière de technique de fabrication. Mais, pour les chercheurs d’Harvard, un pas important vient d’être franchi vers la création de robots robustes, capables de changer de forme pour se conformer à leur environnement mais aussi mieux adaptés à un contact direct avec les humains. « Cette capacité de fabriquer des robots mous composés de matériaux qui reproduisent la rigidité graduelle de structures vivantes ouvre la voie à la production de masse de robots qui, dans le futur, pourront s’intégrer de façon transparente dans nos foyers, au travail ou dans les salles d’opération », concluent-ils.
Un étonnant robot sauteur à la fois mou et solide La grande majorité des robots sont rigides et construits en métal. Leur vitesse et leur précision les rendent complexes à produire et parfois dangereux pour les humains travaillant à leurs côtés. Pour éviter ces problèmes, des scientifiques de l’université d’Harvard on développé un robot à la fois mou et rigide. Démonstration en vidéo.