Des jouets montrent comment les machines biologiques bougent

Les microbots ‘Hexbug Nano v2’ utilisent des vibrations pour se propulser vers l’avant. En connectant plusieurs de ces jouets avec une chaîne en caoutchouc de silicone élastique, la structure résultante est « élastoactive ». Cela signifie qu’il reprendra sa forme d’origine après avoir été déformé, tandis que les constituants actifs autopropulsés qui le composent essaient constamment de pousser la structure dans une certaine direction.

Selon la taille des maillons de la chaîne et selon que les chaînes étaient fixées à une ou aux deux extrémités, les chaînes élastoactives montraient une gamme de types de mouvement, y compris auto-oscillant, auto-synchronisant et auto-accrochant.

“En expérimentant ces chaînes élastoactives, nous avons découvert qu’il existe une interaction entre l’activité et l’élasticité : lorsque l’activité domine, les chaînes s’auto-oscillent et se synchronisent”, explique Corentin Coulais, responsable du Machine Materials Laboratory à l’Université d’Amsterdam.

Il poursuit : “L’auto-oscillation mécanique et la synchronisation sont une caractéristique clé des machines biologiques, des caractéristiques utiles pour fabriquer de nouveaux types de robots autonomes. Ces chaînes actives nous permettent vraiment de distinguer la nature de ces phénomènes non linéaires.”

Auto-oscillation, auto-synchronisation et auto-claquement

Lorsqu’une structure s’auto-oscille, cela signifie qu’elle se plie d’elle-même. Dans les chaînes, les microbots pourraient commencer par plier la chaîne vers la gauche. Cependant, comme la chaîne est épinglée à une extrémité, les maillons élastiques résistent à ce mouvement, réorientant les bots de telle manière qu’ils commencent à pousser et à plier la chaîne vers la droite. Ce mouvement sera à nouveau résisté par la chaîne élastique, jusqu’à ce que les bots recommencent à se déplacer vers la gauche.

La synchronisation se produit lorsque deux chaînes élastoactives sont reliées à une extrémité par une tige suffisamment rigide. En se tortillant, les deux chaînes connectées se mettent automatiquement à osciller à la même fréquence, comme des herbes marines mues par les mêmes vagues.

Enfin, en prenant une seule chaîne élastoactive et en épinglant ses deux extrémités, elle montre un comportement « d’auto-claquement ». Lorsque vous pliez une carte à jouer avec vos doigts, vous pouvez la faire “s’enclencher” dans l’autre sens en appuyant assez fort sur le côté. Les chaînes élastoactives le font d’elles-mêmes, passant à plusieurs reprises de la flexion vers la gauche à la flexion vers la droite.

Jeu instructif

“Nous avons commencé cette recherche en jouant simplement avec les jouets microbots. Mais plus généralement, l’idée était d’explorer des matériaux hors d’équilibre. Dans la matière molle, les fluides actifs ont été largement étudiés au cours des 25 dernières années, mais leurs homologues solides ont été étudiés. beaucoup moins », dit Coulais.

Ensuite, au menu, l’exploration du comportement élastoactif à plus petite échelle, par exemple dans les systèmes dits colloïdaux, constitués de petites particules en suspension dans un fluide. Même s’il s’agit encore de systèmes modèles, ils sont plus proches du système biologique en raison d’échelles de longueur similaires et de la présence du fluide. À n’importe quelle échelle, il serait également intéressant d’utiliser une conception intelligente pour intégrer plusieurs auto-oscillations dans une seule structure afin d’obtenir des modèles de mouvement plus complexes. Avec une meilleure compréhension des auto-oscillations, l’espoir est qu’il devienne possible de créer de nouveaux types de robots autonomes.