Des robots mous fonctionnant avec un ordinateur en caoutchouc

Les robots mous sont de plus en plus étudiés. Ils peuvent gérer des situations bien plus complexes que les robots. Et aujourd’hui, on a même un ordinateur en caoutchouc qui élimine totalement les composants électroniques à l’aide de simples conditions logiques.


Des chercheurs proposent des robots mous qui sont alimenté par un ordinateur en caoutchouc. Un pas de plus pour une robotique molle fonctionnelle.

Un mou, attaché à un ballon et immergé dans une colonne d’eau transparente, plonge et fait surface, puis plonge et fait surface à nouveau, comme un poisson chassant les mouches. Les robots mous ont déjà fait ce genre de tour. Mais contrairement à la plupart des robots mous, celui-ci est fabriqué et exploité sans parties matérielles ou électroniques. À l’intérieur, un en caoutchouc souple indique au ballon quand monter ou descendre. Pour la première fois, ce robot repose exclusivement sur la logicielle.

L’avènement des robots mous

Au cours de la dernière décennie, les robots mous ont fait irruption dans le monde de la robotique, à prédominance métallique. Les chaînes de montage utilisent déjà des pinces en silicone caoutchouteux: les griffes rembourrées traitent les fruits et les légumes délicats comme les tomates, le céleri et les saucisses, ou extraient des bouteilles et des chandails des caisses. Dans les laboratoires, les pinces peuvent ramasser des poissons glissants, des souris vivantes et même des insectes, éliminant ainsi le besoin d’une plus grande interaction humaine.

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Les robots mous nécessitent des systèmes de contrôle plus simples que leurs homologues durs. Les pinces sont si souples qu’elles ne peuvent tout simplement pas exercer suffisamment de pression pour endommager un objet et sans avoir besoin de calibrer la pression, un simple interrupteur marche-arrêt suffit. Mais jusqu’à présent, la plupart des robots mous reposaient toujours sur du matériel: des vannes métalliques ouvraient et fermaient des canaux d’air qui actionnaient les pinces et les bras caoutchouteux et un ordinateur leur indiquait quand se déplacer.

Un ordinateur mou qui utilise de l’air sous pression

Aujourd’hui, les chercheurs ont construit un ordinateur souple utilisant uniquement du caoutchouc et de l’air. Nous imitons le processus de pensée d’un ordinateur électronique, utilisant uniquement des matériaux souples et des signaux pneumatiques, remplaçant l’électronique par de l’air sous pression selon Daniel J. Preston, premier auteur d’un article publié dans PNAS.

Pour prendre des décisions, les ordinateurs utilisent des portes logiques numériques, des circuits électroniques qui reçoivent des messages (entrées) et déterminent les réactions (sorties) en fonction de leur programmation. Nos circuits ne sont pas si différents: lorsqu’un médecin frappe un tendon sous notre rotule (entrée), le système nerveux est programmé pour secouer notre jambe (sortie).

De simples conditions logiques

L’ordinateur souple de Preston reproduit ce système à l’aide de tubes en silicone et d’air sous pression. Pour atteindre les types minimaux de portes logiques requis pour les opérations complexes, dans ce cas, PAS, ET et OU, il a programmé les vannes souples pour réagir à différentes pressions d’air. Pour la porte logique NOT, par exemple, si l’entrée est haute pression, la sortie sera basse pression. Avec ces trois portes logiques selon Preston, vous pouvez reproduire n’importe quel comportement observé sur n’importe quel ordinateur électronique.

Le robot ressemblant à un poisson dans le réservoir d’eau, par exemple, utilise un capteur de pression environnementale (porte NON modifiée) pour déterminer les mesures à prendre. Le robot plonge lorsque le circuit détecte une basse pression au sommet du réservoir et à la surface lorsqu’il détecte une pression élevée en profondeur. Le robot peut également faire surface sur commande si quelqu’un appuie sur un bouton programmable externe.

Les nombreux avantages des robots mous

Les robots, construits avec uniquement des parties molles, présentent plusieurs avantages. Dans les environnements industriels tels que les usines automobiles, les énormes machines à métaux fonctionnent à une grande vitesse et puissance. Si un humain se met en travers du chemin, un robot robuste pourrait causer des dommages irréparables. Mais si un robot mou percute un être humain, Preston affirme que vous n’auriez pas à vous soucier d’une blessure ou d’une défaillance catastrophique. Ils ne peuvent pas exercer beaucoup de force.

Mais les robots mous sont bien plus sûrs: ils sont généralement moins chers et plus simples à fabriquer, légers, résistants aux dommages et aux matériaux corrosifs et durables. Ajoutez de l’intelligence et des robots mous pourraient être utilisés pour bien plus que la manipulation de tomates. Par exemple, un robot mou peut détecter la température d’un utilisateur et émettre une légère pression pour indiquer une fièvre, alerter un plongeur lorsque la pression de l’eau augmente trop ou pousser à travers les débris après une catastrophe naturelle pour aider à trouver les victimes et offrir de l’aide.

La robotique molle, idéale pour les catastrophes naturelles et la radioactivité

Les robots mous peuvent également s’aventurer là où l’électronique est en difficulté: les champs radiatifs élevés comme ceux produits après un dysfonctionnement nucléaire ou dans l’espace et à l’intérieur de machines d’imagerie par résonance magnétique (IRM). À la suite d’un ouragan ou d’une inondation, un robot mou et robuste peut gérer les terrains dangereux et les émanations nocives. Si robot mou heurte une voiture, elle continue à fonctionner, ce que nous ne pouvons pas faire avec des robots durs selon Preston.

Preston et ses collègues ne sont pas les premiers à contrôler des robots sans électronique. D’autres équipes de recherche ont mis au point des circuits microfluidiques pouvant utiliser du liquide et de l’air pour créer des portes logiques non électroniques. Un oscillateur a aidé un robot en forme de pieuvre à battre ses huit bras.

Plus performant que l’ordinateur liquide

Pourtant, les circuits logiques microfluidiques reposent souvent sur des matériaux durs tels que le verre ou les plastiques durs. Ils utilisent des canaux aussi minces avec de petites quantités d’air, ce qui ralentit le mouvement du robot. En comparaison, les canaux de Preston sont plus larges, d’un diamètre de près d’un millimètre, ce qui permet des débits d’air beaucoup plus rapides. Ses pinces aériennes peuvent saisir un objet en quelques secondes.

Les circuits microfluidiques consomment également moins d’énergie. Même au repos, les appareils utilisent une résistance pneumatique qui envoie l’air de l’atmosphère vers une source de vide ou de pression afin de maintenir la stabilité. Les circuits de Preston ne nécessitent aucune entrée d’énergie en veille. Une telle économie d’énergie pourrait être cruciale dans des situations d’urgence ou de catastrophe lorsque les robots se déplacent loin d’une source d’énergie fiable.

Des robots mous totalement invisibles

Les robots en caoutchouc offrent également une possibilité séduisante: l’invisibilité. Selon le matériau sélectionné par Preston, il peut concevoir un robot adapté à une substance spécifique. Ainsi, s’il choisit un matériau qui se camoufle dans l’eau, le robot apparaîtra transparent une fois submergé. A l’avenir, ses collègues et lui-même espèrent créer des robots autonomes, invisibles à l’oeil nu ou même détectés par sonar. C’est juste une question de choisir les bons matériaux.

Pour Preston, les matériaux appropriés sont les élastomères (ou caoutchoucs). Tandis que d’autres domaines poursuivent une puissance accrue avec l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle, l’équipe Whitesides se détourne de la complexité croissante. Il y a beaucoup de possibilités dans la technologie ultra-avancée selon Preston, mais il est également bon de prendre du recul et de se demander s’il existe ou non une façon plus simple de faire les choses qui vous donnent le même résultat, surtout si ce n’est pas seulement plus simple et aussi moins cher.

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Houssen Moshinaly

Rédacteur en chef d'Actualité Houssenia Writing. Rédacteur web depuis 2009 et vulgarisateur scientifique.

Je m'intéresse à tous les sujets scientifiques allant de l'Archéologie à la Zoologie. Je ne suis pas un expert, mais j'essaie d'apporter mes avis éclairés sur de nombreux sujets scientifiques.

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