Une chenille de robot démontre une nouvelle approche de la locomotion pour la robotique douce

“Le mouvement d’une chenille est contrôlé par la courbure locale de son corps – son corps se courbe différemment lorsqu’il se tire vers l’avant que lorsqu’il se pousse vers l’arrière”, explique Yong Zhu, auteur correspondant d’un article sur le travail et le Andrew A. Professeur émérite Adams de génie mécanique et aérospatial à NC State. “Nous nous sommes inspirés de la biomécanique de la chenille pour imiter cette courbure locale et utilisons des réchauffeurs à nanofils pour contrôler une courbure et un mouvement similaires dans le robot-chenille.

“L’ingénierie de robots mous capables de se déplacer dans deux directions différentes est un défi important en robotique douce”, a déclaré Zhu. “Les éléments chauffants à nanofils intégrés nous permettent de contrôler le mouvement du robot de deux manières. Nous pouvons contrôler les sections du robot qui se plient en contrôlant le schéma de chauffage dans le robot mou. Et nous pouvons contrôler la mesure dans laquelle ces sections se plient en contrôler la quantité de chaleur appliquée.”

La chenille-bot se compose de deux couches de polymère, qui réagissent différemment lorsqu’elles sont exposées à la chaleur. La couche inférieure rétrécit ou se contracte lorsqu’elle est exposée à la chaleur. La couche supérieure se dilate lorsqu’elle est exposée à la chaleur. Un motif de nanofils d’argent est intégré dans la couche de polymère en expansion. Le modèle comprend plusieurs points de plomb où les chercheurs peuvent appliquer un courant électrique. Les chercheurs peuvent contrôler quelles sections du motif de nanofils chauffent en appliquant un courant électrique à différents points de connexion, et peuvent contrôler la quantité de chaleur en appliquant plus ou moins de courant.

“Nous avons démontré que le robot-chenille est capable de se tirer vers l’avant et de se pousser vers l’arrière”, explique Shuang Wu, premier auteur de l’article et chercheur postdoctoral à NC State. “En général, plus nous appliquions de courant, plus il se déplacerait rapidement dans les deux sens. Cependant, nous avons constaté qu’il existait un cycle optimal, qui donnait au polymère le temps de refroidir, permettant ainsi au “muscle” de se détendre avant de se contracter à nouveau. Si on essayait de faire rouler le robot-chenille trop vite, le corps n’avait pas le temps de se “relâcher” avant de se contracter à nouveau, ce qui gênait son mouvement.”

Les chercheurs ont également démontré que le mouvement du robot-chenille pouvait être contrôlé au point où les utilisateurs pouvaient le diriger sous un espace très faible – similaire à guider le robot pour qu’il se glisse sous une porte. Essentiellement, les chercheurs pouvaient contrôler à la fois les mouvements vers l’avant et vers l’arrière ainsi que la hauteur à laquelle le robot se penchait vers le haut à tout moment de ce processus.

“Cette approche de la conduite du mouvement dans un robot souple est très économe en énergie, et nous souhaitons explorer les moyens de rendre ce processus encore plus efficace”, a déclaré Zhu. “Les prochaines étapes supplémentaires incluent l’intégration de cette approche de la locomotion des robots mous avec des capteurs ou d’autres technologies à utiliser dans diverses applications, telles que les dispositifs de recherche et de sauvetage.”

Le travail a été réalisé avec le soutien de la National Science Foundation, dans le cadre des subventions 2122841, 2005374 et 2126072 ; et des National Institutes of Health, sous le numéro de subvention 1R01HD108473.