Les actionneurs souples transformateurs FiBa ouvrent la voie à la future robotique souple

Des chercheurs ont réalisé des avancées révolutionnaires dans le domaine de la robotique souple en développant des robots souples à film-ballon (FiBa). Ces robots innovants, conçus par une équipe dirigée par le Dr Terry Ching et l’auteur correspondant, le professeur Michinao Hashimoto, introduisent une nouvelle approche de fabrication qui permet un fonctionnement léger et autonome avec des capacités de locomotion biomimétiques avancées.

La recherche est publiée dans la revue Robotique scientifiqueL’équipe de recherche est issue de l’Université de technologie et de design de Singapour (SUTD), de l’Université nationale de Singapour (NUS) et de l’Université de technologie du Queensland (QUT).

L’innovation principale de ces robots réside dans le développement de modules FiBa, qui combinent des films polymères minces incurvés transversalement avec des ballons pneumatiques imprimés en trois dimensions. Cette combinaison réduit considérablement le poids des actionneurs souples, ce qui permet des opérations sans attache. Les modules FiBa servent de blocs de construction essentiels pour créer des robots souples capables d’imiter une large gamme de mouvements naturels.

Les robots souples assemblés à l’aide des modules FiBa peuvent reproduire divers mouvements naturels, notamment la marche à quatre pattes inspirée par la tortue, l’escalade inspirée par la chenille, le perchage inspiré par la chauve-souris et le vol inspiré par la coccinelle. Ces modes de locomotion démontrent la polyvalence et le potentiel des modules FiBa dans de nombreuses applications, mettant en valeur leur capacité à fonctionner dans des environnements divers et difficiles.

Le développement des modules FiBa répond à l’un des défis majeurs de la robotique souple : libérer les robots des sources d’énergie électrique ou pneumatique. En réduisant considérablement le poids des actionneurs souples, les chercheurs ont permis l’intégration de composants essentiels tels que des pompes, des vannes, des batteries et des cartes de contrôle, ouvrant la voie à des robots souples entièrement autonomes. Cette avancée améliore les capacités opérationnelles et les applications potentielles des robots souples.

La capacité des robots souples FiBa à imiter les stratégies de locomotion naturelles démontre leur polyvalence exceptionnelle. Ces capacités pourraient potentiellement permettre aux robots d’opérer dans des environnements divers et difficiles jusqu’alors inaccessibles aux robots rigides traditionnels, tels que les zones sinistrées, les terrains accidentés et les environnements biologiques délicats.

La conception légère des modules FiBa augmente l’efficacité énergétique et les périodes de fonctionnement, ce qui est avantageux pour l’exploration spatiale et les opérations de recherche et de sauvetage. Leur adaptabilité et leur personnalisation les rendent adaptés à divers secteurs, notamment la fabrication, les soins de santé et l’agriculture.

Le Dr Ching, qui a réalisé ce travail lors de son doctorat conjoint à la SUTD et à la NUS, s’est inspiré de la courbure transversale d’un ruban de charpentier.

« Lorsque je réfléchissais à la création d’actionneurs légers, l’idée m’est venue alors que j’utilisais un ruban de menuisier. Sa capacité à revenir à sa position initiale, grâce à la courbure transversale, m’a inspiré les modules FiBa. Nos modules FiBa offrent un nouvel outil pour concevoir et personnaliser des robots souples légers et autonomes dotés de fonctionnalités avancées. Cette avancée a le potentiel de transformer la façon dont nous abordons la conception robotique, en particulier pour les applications dans des environnements difficiles où les robots rigides traditionnels ne sont pas à la hauteur », explique-t-il.

Une application particulièrement innovante est le développement de robots aériens capables de déployer leurs ailes de manière autonome, inspirés de la mécanique de vol des coccinelles. Cette innovation permet un transport compact et un déploiement dans des espaces confinés, suivi d’un déploiement autonome des ailes pour le vol.

Le professeur Foong Shaohui, directeur du laboratoire de recherche sur l’innovation aérienne (AIR) du SUTD, a ajouté : « La capacité à déployer les ailes de manière autonome en plein vol constitue une avancée significative dans la robotique aérienne. Cette capacité améliore la flexibilité opérationnelle des robots aériens et ouvre de nouvelles possibilités de déploiement dans des environnements difficiles tels que les zones sinistrées et les endroits reculés. »

Le professeur Hashimoto, auteur correspondant, conclut : « Cette recherche témoigne de la puissance de la collaboration interdisciplinaire. En tirant parti des atouts uniques des membres de notre équipe et de nos institutions, nous avons développé une solution qui répond à un défi crucial en robotique souple. Les modules FiBa fournissent une plateforme polyvalente et évolutive pour créer des robots souples capables d’effectuer une variété de tâches dans différents environnements. »

Cette recherche a nécessité des efforts collaboratifs avec l’expertise de plusieurs laboratoires, notamment le laboratoire de fluidique souple de la SUTD dirigé par le professeur Hashimoto, le laboratoire de recherche sur l’innovation aérienne AIR de la SUTD dirigé par le professeur Foong et le laboratoire MicroTE de la QUT dirigé par le professeur Toh Yi-Chin. Cette collaboration interdisciplinaire exploite l’expertise de divers domaines pour relever les défis complexes de la robotique souple.