Imaginez un robot capable de marcher, sans électronique, et seulement avec l’ajout d’une cartouche de gaz comprimé, tout droit sorti de l’imprimante 3D. Il peut également être imprimé en une seule fois, à partir d’un seul matériau.
C’est exactement ce que les roboticiens ont réalisé avec les robots développés par le « Bioinspired Robotics Laboratory » de l’université de Californie à San Diego. Ils décrivent leurs travaux dans une publication en ligne avancée de la revue Advanced Intelligent Systems.
Pour réaliser cet exploit, les chercheurs ont cherché à utiliser la technologie la plus simple qui soit : une imprimante 3D de bureau et un matériau d’impression disponible dans le commerce. Cette approche de la conception est non seulement robuste, mais aussi bon marché : la fabrication de chaque robot coûte environ 20 dollars.
« Il s’agit d’une façon totalement différente d’envisager la construction de machines », indique Michael Tolley, professeur au département d’ingénierie mécanique et aérospatiale de l’université de San Diego et auteur principal de l’article.
Ces robots pourraient être utilisés dans des environnements où l’électronique ne peut pas fonctionner. Par exemple, les robots pourraient être utilisés pour la reconnaissance scientifique dans des zones fortement irradiées, pour l’intervention en cas de catastrophe ou pour l’exploration spatiale.
Les chercheurs ont testé les robots en laboratoire et ont montré que tant qu’ils étaient connectés à une source d’air ou de gaz sous pression constante, ils pouvaient fonctionner sans interruption pendant trois jours. L’équipe a également montré que les robots pouvaient marcher à l’extérieur, sans être attachés, en utilisant une cartouche de gaz comprimé comme source d’énergie, et traverser différentes surfaces, y compris le gazon et le sable. Le robot peut même marcher sous l’eau.
L’objectif n’était pas seulement de concevoir des robots capables de marcher dès la sortie de l’imprimante, avec l’ajout d’une source d’énergie pneumatique, mais aussi de le faire avec des matériaux flexibles et souples. « Ces robots ne sont pas fabriqués avec les composants traditionnels et rigides que les chercheurs utilisent habituellement », a déclaré M. Tolley. Au lieu de cela, ils sont constitués d’un simple filament d’impression 3D.
Le plus grand défi a été de créer un modèle qui inclurait des muscles artificiels et un système de contrôle, tous imprimés dans le même matériau souple, en une seule impression. L’équipe, dirigée par Yichen Zhai, chercheur postdoctoral au sein du groupe de recherche de Tolley à la Jacobs School of Engineering de l’université de San Diego, a adapté une technique d’impression 3D qu’elle avait déjà utilisée pour construire une pince sans électronique. Leurs efforts ont abouti à la fabrication d’un robot à six pattes. « Nous avons fait un grand pas en avant avec un robot qui marche tout seul », a ajouté M. Zhai.
Pour faire bouger les robots, l’équipe a créé un circuit pneumatique oscillant qui contrôle les mouvements répétés des actionneurs souples, à l’instar du mécanisme qui actionne la machine à vapeur d’une locomotive. Le circuit coordonne le mouvement des six pattes en fournissant une pression d’air au bon moment, en alternant entre deux ensembles de trois pattes. Les jambes des robots sont capables de se déplacer selon quatre degrés de liberté – vers le haut et vers le bas, vers l’avant et vers l’arrière – ce qui permet au robot de marcher en ligne droite.
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Les prochaines étapes consisteront à trouver des moyens de stocker le gaz comprimé à l’intérieur des robots et à utiliser des matériaux recyclables ou biodégradables. Les chercheurs étudient également la possibilité d’ajouter des manipulateurs, tels que des pinces, aux robots.
Le laboratoire de Tolley s’est associé à la société BASF dans le cadre de son alliance de recherche californienne (CARA) pour tester divers matériaux souples pouvant être utilisés sur des imprimantes 3D standard. Certains des matériaux haut de gamme testés ne sont pas disponibles dans le commerce, mais les chercheurs ont également réussi à imprimer les robots avec des matériaux standard disponibles sur le marché.
Outre leur collaboration avec BASF, les travaux ont été partiellement financés par la National Science Foundation.
Avant cette publication, l’équipe de recherche a achevé le robot marcheur imprimé en 3D en 2022 et l’a présenté à la Gordon Research Conference on Robotics de cette année-là.
Légende illustration : Imprimante 3D. Il peut également être imprimé en une seule fois, à partir d’un seul matériau. Des chercheurs de l’université de Californie à San Diego et de BASF décrivent la manière dont ils ont mis au point le robot dans une publication en ligne avancée de la revue Advanced Intelligent Systems. Ils ont utilisé la technologie la plus simple qui soit : une imprimante 3D de bureau et un matériau d’impression disponible dans le commerce. Cette approche de la conception est non seulement robuste, mais aussi bon marché : la fabrication de chaque robot coûte environ 20 dollars. Précédent
Article : « Monolithic Desktop Digital Fabrication of Autonomous Walking Robots » – DOI : doi/epdf/10.1002/aisy.202400876
Yichen Zhai, Jiayao Yan, and Michael T. Tolley, UC San Diego Department of Mechanical and Aerospace Engineering
Albert De Boer and Martin Faber, BASF Forward AM
Rohini Gupta, BASF California Research Alliance
