Des robots sauteurs en longueur athlétiques à l’échelle d’un insecte atteignent là où d’autres ne peuvent pas

Une équipe d’ingénieurs de l’Université de l’Illinois a publié la première étude connue documentant le mouvement de saut en longueur de robots à l’échelle d’insectes imprimés en 3D.

La nouvelle étude, publiée dans la revue Matériaux et structures intelligents, fait suite à une publication précédente qui documentait l’enquête du même laboratoire sur les sauts verticaux chez des robots à l’échelle d’insectes. L’étude est dirigée par le professeur Sameh Tawfick, professeur agrégé et chercheur Ralph A. Andersen au Département des sciences et de l’ingénierie mécaniques. Son laboratoire, le Kinetic Materials Research Group, étudie le développement de muscles artificiels dans le cadre de sa spécialisation dans la fabrication de matériaux bio-inspirés.

“À ma connaissance, c’est la première fois que quelqu’un fait une démonstration de saut en longueur avec des robots à l’échelle d’insectes”, a déclaré Tawfick à propos des réalisations de son laboratoire. “C’est important car cela donne au robot une mobilité planifiée, où il peut désormais sauter d’un point A à un point B, traversant un terrain plus accidenté que sa propre taille.”

Les performances de saut des robots à l’échelle des insectes étaient auparavant entravées par des processus de fabrication à petite échelle et une disponibilité limitée de matériaux et d’actionneurs miniatures. L’équipe de Tawfick a utilisé des actionneurs musculaires artificiels enroulés et une fabrication additive par projection pour produire une conception de robot élastomère monolithique inspirée du mécanisme de saut d’une sauterelle.

“Nous avons utilisé une conception de liaison à quatre barres pour sauter, inspirée par le criquet, qui est un sauteur exceptionnel”, a déclaré Tawfick, expliquant que même si les quatre pattes d’un criquet ne sont pas liées, ce qui lui permet à la fois de marcher et de sauter, le robot dans son L’étude repose sur un seul muscle au service d’un système de liaison.

Le prototype en écailles d’insectes possède un corps en élastomère léger et un muscle artificiel fabriqué à partir d’une ligne de pêche en nylon enroulée et traitée thermiquement. Le laboratoire de Tawfick a précédemment développé des machines pour produire ces bobines miniatures. Les chercheurs ont conçu et testé 108 itérations de robots produites par fabrication additive, le plus petit ayant une masse de 0,216 gramme et la capacité de sauter 60 fois la taille de son corps en distance horizontale.

Le développement d’un robot à l’échelle d’un insecte sautant en longueur est important pour les applications agricoles et de maintenance qui bénéficient d’une évaluation non destructive. Par exemple, les futurs robots pourraient être équipés de capteurs pour recueillir des données en contactant une culture ou en explorant l’intérieur d’une machine.

“Ces robots peuvent atteindre des endroits que les drones ne peuvent actuellement pas atteindre”, a déclaré Tawfick à propos de la capacité prévue des robots sauteurs en longueur à collecter des données sur les cultures. “Ils sont peu coûteux à fabriquer en masse, ce qui leur confère une grande utilité pour la détection en tant que flotte.”

Les prochaines étapes de l’équipe consisteront à explorer la planification des mouvements afin que les robots exécutent des sauts efficacement tout en maximisant la durée de vie de la batterie et trouvent la trajectoire de mouvement la plus efficace. Ils utiliseront également un cadre pour étudier les facteurs d’incertitude introduits par le mouvement de saut.

“Notre rêve pour l’avenir est d’avoir une petite mission dans laquelle le robot exécute plusieurs sauts jusqu’à atteindre une cible”, a déclaré Tawfick. “Cela nous permettrait de tester sa capacité à se rendre à un point désigné, à rassembler des images et à revenir à son point de départ.”

Les chercheurs sont également ravis de voir leurs méthodes utilisées par d’autres dans le domaine.

“L’un des points forts de notre étude est que d’autres chercheurs peuvent utiliser notre modèle théorique pour produire quelque chose de similaire”, a déclaré Tawfick. “Nous sommes ravis que le monde sache que nous disposons désormais d’un robot capable d’effectuer des sauts en longueur.”