Les Robogamis sont les vrais héritiers des Terminators et Transformers
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Les robots de type Terminator et Transformers sont les plus courants dans notre imaginaire collectif. Mais leurs tâches sont limitées par notre technologie actuelle. Les Robogamis, qui s’inspirent des origamis, sont plus prometteurs avec une polyvalence bien plus importante.
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Demandez à quiconque quelle image vous vient à l’esprit lorsque vous prononcez le mot «robot», et il ne fait aucun doute que vous recevrez des réponses inspirées de la culture populaire. Par exemple, le T-1000 en métal liquide à changement de forme du film Terminator 2 ou Optimus Prime, leader des Autobots et personnage principal des films Transformers. Et qui peut oublier Data de Star Trek: The Next Generation, une version cybertronique de Pinocchio, qui cherche à devenir plus humaine ?
Sommaire
Le robot humanoïde
Ces exemples (et d’innombrables autres) partagent les caractéristiques humanoïdes intégrées dans leurs conceptions. Quand Optimus n’est pas un camion, il a des bras et des jambes. La forme par défaut du T-1000 apparaît comme un humain. Les données ont été modélisées d’après son créateur très humain. Selon les normes hollywoodiennes, la forme ultime de la technologie robotique ne pourrait être distinguée extérieurement des humains eux-mêmes.
Nos imaginations règnent librement, mais les défis technologiques limitent encore la création de robots qui imitent parfaitement les conventions humanoïdes dans le monde réel. J’ai quand même essayé de relever le défi. Mes études en génie mécanique m’ont permis de poursuivre ma quête de conception de mécanismes aux paramètres difficiles. L’un d’eux concevait un simulateur de moteur oculaire humain. Non, ce n’était pas un projet pour faire un composant de Terminator; il s’agissait plutôt d’un effort pour comprendre et simuler le comportement de l’œil humain.
Cela a nécessité la conception d’un système oculaire qui a fait un mouvement saccadique, un mouvement rapide et simultané de deux yeux dans la même direction avec une vitesse de pointe de plus de 500 degrés par seconde (oui, nous les humains le faisons). Comme les yeux humains, le système mécanique fonctionnerait selon trois degrés de liberté de rotation (DoF) indépendants. Nos yeux bougent non seulement de haut en bas et de gauche à droite, mais présentent également des mouvements de torsion. Monter toutes les pièces électriques et mécaniques, y compris les joints, les liaisons et les moteurs, dans un système intégré était un défi. Et tout cela pour une tâche bien définie et singulière.
Les limites du robot classique
Quelques autres types de robots d’inspiration humanoïde ont suivi. Et même si j’ai réussi à atteindre l’objectif immédiat, quel qu’il soit, mes robots avaient des limites. Par exemple, j’ai conçu une main robotique 8-DoF et un bras 7-DoF (pesant ensemble 3,7 kg, comparable à celui des humains) qui sont restés suffisamment flexibles pour attraper et lancer une balle de baseball, mais il ne pouvait pas ramasser une pièce. Il pouvait serrer la main avec une forte adhérence, mais n’était pas en mesure de jouer une guerre du pouce.
Les membres que je créais étaient, en bref, de fonction limitée. Ils avaient un nombre fixe de joints et d’actionneurs, ce qui signifiait que leur fonctionnalité et leur forme étaient limitées dès le moment de leur conception. Pensez à cette main robotique: elle avait les articulations articulées et motorisées qui lui permettaient de frapper une balle, mais elle n’était pas adaptée pour faire des œufs brouillés. Mais s’il y avait une variété infinie de tâches, cela exigerait-il une variété infinie de combinaisons ?
Le monde illimité vu dans des films tels que Les Nouveaux Héros (2014), mettant en vedette des microbots, semblait loin quand je me suis rendu compte qu’il existait déjà une plate-forme de conception flexible et polyvalente. Cette méthode consistant à prendre le même composant de base et à l’utiliser pour créer de nombreuses formes distinctes et spécifiques a été utilisée depuis des siècles. Ça s’appelle l’origami.
L’origami robotique
Qui n’a pas fabriqué un avion en papier, un bateau en papier ou une grue à papier avec une seule feuille de papier ? Origami est une plate-forme déjà existante et très polyvalente pour les concepteurs. À partir d’une seule feuille, vous pouvez créer plusieurs formes et, si vous ne l’aimez pas, vous dépliez et repliez à nouveau. En fait, les mathématiques ont prouvé que toute forme 3D peut être réalisée à partir de surfaces 2D pliantes.
Cela pourrait-il être appliqué à la conception robotique ? Imaginez un module robotique qui utiliserait des formes polygonales pour construire plusieurs formes différentes afin de créer de nombreux robots pour de nombreuses tâches différentes. En outre, une image comportant une feuille intelligente qui pourrait se plier automatiquement sous la forme souhaitée, en fonction des besoins de l’environnement.
J’ai fabriqué mon premier robot origami, que j’ai appelé un «robogami», il y a environ 10 ans. C’était un être simple, un robot à drap plat, qui pouvait se transformer en pyramide et redevenir un drap plat, puis une navette spatiale.
Le robogami peut s’adapter à tous les environnements
Ma recherche, menée avec l’aide d’étudiants au doctorat et d’un chercheur postdoctoral, a progressé depuis lors, et une nouvelle génération de robogami voit maintenant le jour. Cette nouvelle génération de robogamis sert un objectif: par exemple, l’un d’eux peut naviguer de manière autonome sur différents terrains. Sur un terrain sec et plat, il peut ramper. S’il rencontre soudainement un terrain accidenté, il commencera à rouler, activant une séquence différente d’actionneurs. De plus, s’il rencontre un obstacle, il sautera simplement dessus ! Il le fait en stockant de l’énergie dans chacune de ses jambes, puis en la libérant et en se catapultant comme une fronde.
Ils pourraient même se fixer et se détacher, selon l’environnement et la tâche. Au lieu d’être un seul robot spécialement conçu pour une seule tâche, les robogamis sont conçus et optimisés pour effectuer plusieurs tâches à partir de zéro.
Ceci est un exemple d’un seul robogami. Mais imaginez ce que de nombreux robogamis pourraient faire en tant que groupe. Ils pourraient unir leurs forces pour s’atteler à des tâches plus complexes. Chaque module, actif ou passif, pourrait s’assembler pour créer des formes différentes. Et non seulement cela, en contrôlant les joints pliants, ils peuvent attaquer diverses tâches dans des environnements changeants. Par exemple, pensez à l’espace extra-atmosphérique où les conditions sont imprévisibles. Une plate-forme robotique unique qui peut se transformer en plusieurs tâches peut augmenter la probabilité de réussite de la mission.
Deux percées scientifiques à l’origine du robogami
La conception de Robogami doit sa reconfigurabilité géométrique drastique à deux percées scientifiques principales. L’un est son processus de fabrication couche par couche en 2D: des multiples couches fonctionnelles des composants robotiques essentiels (c.-à-d. Microcontrôleurs, capteurs, actionneurs, circuits et même batteries) sont empilés les uns sur les autres. L’autre est la traduction de conception des liaisons mécaniques typiques en une variété de joints pliants (c.-à-d., Joint fixe, joint à broches, lien plan et sphérique).
Cela signifie qu’au lieu de se concentrer uniquement sur la réduction de la taille des composants de joint, nous pouvons en fait réduire le nombre de composants lors de la conception de robots. Nous pouvons miniaturiser des systèmes avec de nombreux composants qui nécessitent un assemblage et des étalonnages complexes en les rendant plats; ils peuvent être empilés tout en conservant leur précision.
Un tel système est un dispositif haptique, dans lequel l’utilisateur et l’ordinateur interagissent via un mécanisme tel qu’un joystick. Ceux-ci sont classiquement utilisés comme robots chirurgicaux où les chirurgiens nécessitent une grande précision avec un retour d’effort délicat. Cela nécessite une grande salle d’opération avec des bras robotiques à haute DoF où les chirurgiens ressentiraient une rigidité différente des organes et des cavités grâce à une interface motorisée qui traduirait la différence de force à la pointe d’un effecteur robotique.
De nombreuses applications pour les robogamis
Avec robogamis, cette technologie haptique peut être plus accessible que jamais. L’interface haptique robogami serait comme un joystick pliable qui pourrait être monté sur une housse de téléphone portable. Le fait d’avoir une interface haptique reliée directement à un téléphone portable signifie qu’il peut être utilisé comme un joystick portable qui peut réagir à nos activités quotidiennes telles que l’apprentissage en ligne ou les achats. Cela vous permettrait de ressentir les différents organes d’un atlas d’anatomie humaine, différentes caractéristiques géographiques sur une carte, ou même la dureté ou la maturité de différents types de fromages et de pêches.
La technologie robotique progresse pour être plus personnalisée et adaptative pour les humains, et cette espèce unique de robots origami reconfigurables est extrêmement prometteuse. Il pourrait devenir la plate-forme pour fournir l’interface robotique intuitive et intégrable pour répondre à nos besoins. Les robots ne ressembleront plus aux personnages des films. Au lieu de cela, ils seront tout autour de nous, adaptant continuellement leur forme et leur fonction et nous ne le saurons même pas.
Traduction d’un article d’Aeon par Jamie Paik, professeure en ingénierie mécanique et directrice du laboratoire de robotique configurable à la Swiss Federal Institute of Technology (EPFL) en Lausanne.
