« Butterfly bot » est le robot mou nageant le plus rapide à ce jour


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  • Inspirés par la biomécanique de la raie manta, des chercheurs de la North Carolina State University ont mis au point un robot souple économe en énergie qui peut nager plus de quatre fois plus vite que les robots souples de natation précédents. Les robots sont appelés « robots papillons », car leur mouvement de nage ressemble à la façon dont les bras d’une personne bougent lorsqu’ils nagent le papillon.

    « À ce jour, les robots mous nageurs n’ont pas été capables de nager plus vite qu’une longueur de corps par seconde, mais les animaux marins – comme les raies manta – sont capables de nager beaucoup plus vite et beaucoup plus efficacement », explique Jie Yin, correspondant auteur d’un article sur les travaux et professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à NC State. « Nous voulions nous inspirer de la biomécanique de ces animaux pour voir si nous pouvions développer des robots souples plus rapides et plus économes en énergie. Les prototypes que nous avons développés fonctionnent exceptionnellement bien. »

    Les chercheurs ont développé deux types de robots papillons. L’un a été construit spécifiquement pour la vitesse et a pu atteindre des vitesses moyennes de 3,74 longueurs de corps par seconde. Un second a été conçu pour être très maniable, capable de faire des virages serrés vers la droite ou vers la gauche. Ce prototype maniable était capable d’atteindre des vitesses de 1,7 longueur de corps par seconde.

    « Les chercheurs qui étudient l’aérodynamique et la biomécanique utilisent ce qu’on appelle un nombre de Strouhal pour évaluer l’efficacité énergétique des animaux volants et nageurs », explique Yinding Chi, premier auteur de l’article et récemment titulaire d’un doctorat. diplômé de NC State. « L’efficacité de propulsion maximale se produit lorsqu’un animal nage ou vole avec un nombre de Strouhal compris entre 0,2 et 0,4. Nos deux robots papillons avaient des nombres de Strouhal dans cette plage. »

    Les robots papillons tirent leur puissance de nage de leurs ailes, qui sont « bistables », ce qui signifie que les ailes ont deux états stables. L’aile est semblable à une pince à cheveux. Une pince à cheveux est stable jusqu’à ce que vous appliquiez une certaine quantité d’énergie (en la pliant). Lorsque la quantité d’énergie atteint un point critique, la pince à cheveux prend une forme différente, qui est également stable.

    Dans les robots papillons, les ailes bistables inspirées des pinces à cheveux sont attachées à un corps en silicone souple. Les utilisateurs contrôlent le passage entre les deux états stables dans les ailes en pompant de l’air dans des chambres à l’intérieur du corps mou. Au fur et à mesure que ces chambres se gonflent et se dégonflent, le corps se plie de haut en bas, forçant les ailes à claquer d’avant en arrière avec lui.

    « La plupart des tentatives précédentes de développement de robots battants se sont concentrées sur l’utilisation de moteurs pour alimenter directement les ailes », explique Yin. « Notre approche utilise des ailes bistables qui sont entraînées passivement en déplaçant le corps central. C’est une distinction importante, car elle permet une conception simplifiée, ce qui réduit le poids. »

    Le robot papillon plus rapide n’a qu’une seule « unité d’entraînement » – le corps mou – qui contrôle ses deux ailes. Cela rend très rapide, mais difficile de tourner à gauche ou à droite. Le robot papillon manoeuvrable a essentiellement deux unités d’entraînement, qui sont connectées côte à côte. Cette conception permet aux utilisateurs de manipuler les ailes des deux côtés, ou de « battre » une seule aile, ce qui lui permet de faire des virages serrés.

    « Ce travail est une preuve de concept passionnante, mais il a des limites », déclare Yin. « De toute évidence, les prototypes actuels sont attachés par des tubes minces, qui sont ce que nous utilisons pour pomper de l’air dans les corps centraux. Nous travaillons actuellement au développement d’une version autonome et non attachée. »

    L’article, « Snapping for high-speed and high-efficace, butterfly stroke-like soft swimmer », sera publié le 18 novembre dans la revue en libre accès Avancées scientifiques. L’article a été co-écrit par Yaoye Hong, un Ph.D. étudiant à NC State; et par Yao Zhao et Yanbin Li, chercheurs postdoctoraux à NC State. Le travail a été réalisé avec le soutien de la National Science Foundation dans le cadre des subventions CMMI-2005374 et CMMI-2126072.

    La vidéo des robots papillons peut être trouvée sur https://youtu.be/Pi-2pPDWC1w.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Université d’État de Caroline du Nord. Original écrit par Matt Shipman. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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