Le robot Caterpillar présente une nouvelle approche de la locomotion pour la robotique douce

Feb 24, 2024

Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont démontré un robot mou ressemblant à une chenille, capable d'avancer, de reculer et de plonger dans des espaces étroits. Le mouvement du robot chenille est piloté par un nouveau motif de nanofils d'argent qui utilisent la chaleur pour contrôler la façon dont le robot se plie, permettant aux utilisateurs de diriger le robot dans les deux sens.

"Le mouvement d'une chenille est contrôlé par la courbure locale de son corps - son corps se courbe différemment lorsqu'elle se tire vers l'avant que lorsqu'elle se pousse vers l'arrière", explique Yong Zhu, auteur correspondant d'un article sur le travail et de l'Andrew A. Adams. Professeur émérite 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 nanofils chauffants pour contrôler une courbure et un mouvement similaires dans le robot-chenille.

« Concevoir des robots logiciels capables de se déplacer dans deux directions différentes constitue un défi important en robotique logicielle », explique Zhu. « Les nanofils chauffants intégrés nous permettent de contrôler le mouvement du robot de deux manières. Nous pouvons contrôler quelles sections du robot se plient en contrôlant le modèle de chauffage dans le robot logiciel. Et nous pouvons contrôler le degré de courbure de ces sections en contrôlant la quantité de chaleur appliquée.

Le robot chenille est constitué 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 connexion 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 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 déplaçait 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 nous essayions de faire rouler le robot chenille trop rapidement, le corps n'avait pas le temps de se « détendre » avant de se contracter à nouveau, ce qui nuisait à 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 – un peu comme si le robot se glissait sous une porte. Essentiellement, les chercheurs ont pu contrôler à la fois les mouvements vers l’avant et vers l’arrière ainsi que la hauteur de flexion du robot 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", explique Zhu. "Les prochaines étapes supplémentaires incluent l'intégration de cette approche de la locomotion douce des robots avec des capteurs ou d'autres technologies à utiliser dans diverses applications, telles que les dispositifs de recherche et de sauvetage."

L’article intitulé « Robot rampant doux inspiré de Caterpillar avec actionnement thermique programmable distribué » est publié dans la revue en libre accès Science Advances. L'article a été co-écrit par Jie Yin, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à NC State ; Yaoye Hong, titulaire d'un doctorat. étudiant à NC State; et par Yao Zhao, chercheur postdoctoral à NC State.

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.

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Note aux rédacteurs :Le résumé de l’étude suit.

« Robot rampant doux inspiré de Caterpillar avec actionnement thermique programmable distribué »

Auteurs : Shuang Wu, Yaoye Hong, Yao Zhao, Jie Yin et Yong Zhu, Université d'État de Caroline du Nord