Les actionneurs tissés évolutifs offrent de nouvelles possibilités pour la robotique et les appareils portables

Au cours des dernières décennies, les ingénieurs en électronique ont développé des dispositifs de plus en plus flexibles, polyvalents et très performants pour un large éventail d’applications concrètes. Certains de leurs efforts ont porté sur la création de textiles intelligents et sensibles, qui pourraient être utilisés pour fabriquer des systèmes robotiques extensibles, des dispositifs médicaux et des technologies portables.

Des chercheurs de l’Université de Jiangnan ont récemment présenté une nouvelle approche d’ingénierie textile pour fabriquer des actionneurs tissés et souples destinés aux technologies de soins de santé et aux systèmes robotiques. Leur stratégie de fabrication proposée, décrite dans un article publié dans Rapports de cellules Sciences physiquesest à la fois évolutif et facile à concevoir, ce qui pourrait contribuer à son adoption future à grande échelle.

« Les méthodes conventionnelles comme l’impression 3D et le moulage en élastomère ne répondent pas tout à fait au besoin d’adaptabilité et de confort dans la robotique souple et les appareils portables, notamment en termes de développement d’appareils intégrés qui sont non seulement flexibles et fonctionnels, mais aussi peu coûteux, facilement personnalisables et évolutifs », a déclaré le Dr Fengxin Sun, auteur correspondant de l’article, à Tech Xplore.

« Inspirés par la méthode de fabrication « du fil aux vêtements », nous avons utilisé une technologie de tissage à deux systèmes pour intégrer de manière transparente les capacités de détection et les modes d’actionnement dans des « vêtements » robotiques souples. »

La technologie employée par Sun et ses collègues permet de disposer les fils de chaîne et de trame (les deux composants de base utilisés pour transformer les fils en tissus) selon une disposition plane claire lors du tissage. Cela signifie qu’elle permet la personnalisation des actionneurs tissés, ce qui est obtenu en programmant soigneusement la disposition et la composition des fils.

« Notre approche permet une transformation personnalisée et un retour de détection en temps réel, ce qui rend les actionneurs tissés particulièrement efficaces pour des applications telles que les vêtements de rééducation », a déclaré le Dr Sun. « La fabrication du fil de détection est assez simple, ressemblant à la création d’une coiffure tressée. Les fils conducteurs sont tressés selon un motif hélicoïdal autour de fils à âme extensible à l’aide d’une machine à tresser industrielle, créant ainsi des voies pour le courant électrique. »

Lorsque le fil utilisé pour tisser les actionneurs est étiré, les voies de circulation du courant électrique sont coupées en raison de la séparation des hélices des fils conducteurs. Ce changement de structure affecte à son tour les signaux électriques qui circulent dans le fil, ce qui permet de détecter les déformations.

« Les fils de détection que nous avons développés sont intégrés directement dans le tissu de nos actionneurs tissés », a déclaré le Dr Sun. « Essentiellement, lorsque l’actionneur se déplace, la résistance du fil change, et ces données peuvent être utilisées pour comprendre le fonctionnement de l’actionneur. »

Les fils de détection produits à l’aide de la méthode de l’équipe ont pour caractéristique unique d’être entièrement tissés en tissu. Cela signifie qu’ils n’ajoutent ni poids, ni rigidité, ni volume aux textiles, ce qui permet aux actionneurs de surveiller leurs propres mouvements sans perdre leur flexibilité et leur adaptabilité.

« Grâce à la technologie de tissage à deux systèmes, nous pouvons adapter les actionneurs pneumatiques tissés pour qu’ils se gonflent uniquement dans les directions attendues, résolvant ainsi efficacement le problème de gonflage de type « ballon » auquel est confrontée la communauté robotique souple », a déclaré le Dr Sun.

« De plus, notre stratégie de tissage offre une solution flexible et évolutive pour la fabrication d’actionneurs souples multimorphes, tels que ceux capables de se plier, de se tordre et de se spiraler bilatéralement sous une seule alimentation en air, en ajustant simplement la tension du fil, la densité et la structure tissée. »

Les chercheurs ont démontré la faisabilité de leur fil pour le développement d’actionneurs bilatéraux à flexion, qui pourraient être utilisés comme pinces robotisées souples. Ces pinces pourraient être utilisées pour imiter les mouvements des animaux, par exemple en reproduisant l’extension des tentacules des pieuvres pour attirer des objets et les saisir.

« Ces actionneurs ont également des applications pratiques dans les dispositifs de rééducation portables, où ils peuvent fournir une assistance plus précise et plus adaptative aux personnes ayant des problèmes de mobilité », a déclaré le Dr Sun. « La possibilité de programmer ces actionneurs pour imiter les mouvements humains naturels signifie qu’ils pourraient être utilisés dans une large gamme de technologies d’assistance, les rendant plus efficaces et plus confortables pour les utilisateurs. »

À l’avenir, l’approche d’ingénierie textile introduite par cette équipe de chercheurs pourrait être utilisée pour fabriquer une large gamme de composants flexibles destinés aux appareils médicaux et aux systèmes robotiques. Le Dr Sun et ses collègues prévoient de continuer à travailler à l’avancement de la fabrication textile pour des applications technologiques, en élaborant d’autres stratégies de tissage et de tricotage.

« Nous souhaitons développer des actionneurs textiles avec un rendement amélioré et des mouvements polyvalents de manière plus contrôlée », a ajouté le Dr Sun. « Nous pensons que l’amélioration de la conception des structures textiles hiérarchiques permettra de relever les principaux défis auxquels est confrontée la communauté de la robotique souple, comme l’équilibre entre flexibilité et ténacité dans les actionneurs souples. Ce processus pourrait élargir l’application potentielle de la robotique souple à base de textile et avoir un impact plus important sur la vie quotidienne. »

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