Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont amélioré la conception d’un robot souple, lui permettant de naviguer dans des labyrinthes complexes sans guidage humain ou informatique. Le nouveau robot, composé d’élastomères à cristaux liquides en forme de ruban, présente une conception asymétrique qui lui permet de tourner indépendamment et de se déplacer en arcs de cercle. Cette fonctionnalité lui évite de rester coincé entre les obstacles et lui permet de sortir des espaces restreints. Ces développements laissent entrevoir de futures applications pour les robots souples, en particulier lorsqu’ils peuvent exploiter la chaleur ambiante.
Les chercheurs ont amélioré la conception du robot logiciel, permettant une navigation autonome dans des labyrinthes complexes. Sa forme asymétrique lui permet de tourner indépendamment et empêche le coincement, ouvrant la voie à des applications innovantes de robots souples.
Les chercheurs qui ont créé un robot logiciel capable de naviguer dans des labyrinthes simples sans guidage humain ou informatique se sont désormais appuyés sur ces travaux pour créer un robot logiciel « sans cervelle » capable de naviguer dans des environnements plus complexes et dynamiques.
« Dans nos travaux précédents, nous avons démontré que notre robot mou était capable de se tordre et de se retourner à travers une course d’obstacles très simple », explique Ji Yin, co-auteur d’un article sur ces travaux et professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial. Ingénierie en Université d’État de Caroline du Nord. « Cependant, il n’était capable de se transformer que s’il rencontrait un obstacle. En pratique, cela signifiait que le robot pouvait parfois rester coincé, sautant d’avant en arrière entre des obstacles parallèles. «
Conception innovante et intelligence physique
« Nous avons développé un nouveau robot souple capable de tourner tout seul, lui permettant de se frayer un chemin à travers des labyrinthes sinueux et même de surmonter des obstacles en mouvement. Tout cela se fait en utilisant l’intelligence physique, plutôt que d’être guidé par un ordinateur.
L’intelligence physique fait référence à des objets dynamiques – tels que des robots mous – dont le comportement est régi par leur conception structurelle et les matériaux dont ils sont constitués, plutôt que dirigé par un ordinateur ou une intervention humaine.
Les chercheurs qui ont créé un robot logiciel capable de naviguer dans des labyrinthes simples sans guidage humain ou informatique se sont désormais appuyés sur ces travaux pour créer un robot logiciel « sans cervelle » capable de naviguer dans des environnements plus complexes et dynamiques. La moitié du robot est un ruban torsadé qui s’étend en ligne droite, tandis que l’autre moitié est un ruban plus étroitement torsadé qui s’enroule également sur lui-même comme un escalier en colimaçon. Cette conception asymétrique signifie qu’une extrémité du robot exerce plus de force sur le sol que l’autre. Crédit : Ji Yin, Université d’État de Caroline du Nord
Mécanisme des matériaux et du mouvement
Comme pour la version précédente, les nouveaux robots souples sont constitués d’élastomère cristallin liquide en forme de ruban. Lorsque les robots sont placés sur une surface à au moins 55 degrés ° C (131 degrés F), qui est plus chaud que l’air ambiant, de sorte que la partie du ruban en contact avec la surface rétrécit, tandis que la partie du ruban exposée à l’air ne le fait pas. Il en résulte un mouvement de roulement. Plus la surface est chaude, plus le robot tourne vite.
Cependant, alors que la version précédente du robot logiciel avait une conception symétrique, le nouveau robot comporte deux moitiés distinctes. La moitié du robot est un ruban torsadé qui s’étend en ligne droite, tandis que l’autre moitié est un ruban plus étroitement torsadé qui s’enroule également sur lui-même comme un escalier en colimaçon.
Cette conception asymétrique signifie qu’une extrémité du robot exerce plus de force sur le sol que l’autre. Pensez à un gobelet en plastique dont l’ouverture est plus large que sa base. Si vous le faites rouler sur la table, il ne roule pas en ligne droite : il forme un arc en traversant la table. Cela est dû à sa forme asymétrique.
Surmonter les limites de la conception
« Le concept derrière le nouveau robot est assez simple : en raison de sa conception asymétrique, il tourne sans avoir à toucher quoi que ce soit », explique Yao Zhao, premier auteur de l’article et chercheur postdoctoral à NC State. « Donc, même s’il change encore de direction quand il fait ça Faire Il entre en contact avec un objet – lui permettant de naviguer dans des labyrinthes – et ne peut pas rester coincé entre des objets parallèles. Au lieu de cela, sa capacité à se déplacer en arcs de cercle lui permet de se frayer un chemin librement.
Les chercheurs ont démontré la capacité de la conception souple et asymétrique du robot à naviguer dans des labyrinthes plus complexes – y compris des labyrinthes à parois mobiles – et à s’insérer dans des espaces plus étroits que la taille de son corps. Les chercheurs ont testé la nouvelle conception du robot sur une surface métallique et sur du sable. Une vidéo du robot asymétrique en action peut être trouvée ici :
« Ce travail constitue une nouvelle étape en nous aidant à développer des approches innovantes pour concevoir des robots logiciels, en particulier pour les applications dans lesquelles les robots logiciels seront capables de récupérer l’énergie thermique de leur environnement », explique Yin.
Référence : « Escape from the Maze Soft Robot with Physical Intelligence » par Yao Zhao, Yawei Hong, Yanbin Li, Fangjie Qi, Haitao Qing, Hao Su et Ji Yin, 8 septembre 2023, Avancement de la science.
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Le premier auteur de l’article est Yao Zhao, chercheur postdoctoral à NC State. Hao Su, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à NC State, est co-auteur. Les autres co-auteurs incluent Yaoye Hong, un récent doctorat. Diplômé d’Etat NC. Yanbin Li, chercheur postdoctoral à NC State ; et Fangjie Qi et Haitao Qing, tous deux titulaires d’un doctorat. Étudiants dans l’État de Caroline du Nord.
Le travail a été réalisé avec le soutien de la National Science Foundation dans le cadre des subventions 2005374, 2126072, 1944655 et 2026622.
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