La majorité de notre planète est couverte d’océans, qui sont malheureusement très pollués. Pour protéger ces écosystèmes sensibles, dont les récifs coralliens, il est essentiel de nettoyer les déchets qui s’y accumulent. Une solution consiste à utiliser des robots pour effectuer ce nettoyage. Cependant, les robots sous-marins actuels ont des limites : ils sont souvent encombrants, rigides et bruyants.
Des chercheurs de l’Institut Max Planck à Stuttgart se sont donc inspirés de la nature pour concevoir un robot plus adapté à cette tâche. Ils ont créé Jellyfish-Bot (ou un robot méduse), un robot de la taille d’une main, inspiré des méduses. Ce robot est polyvalent, économe en énergie et presque silencieux. Il a été développé en collaboration entre différents départements de l’institut et est décrit dans un article publié dans Science Advances.
Pour fabriquer Jellyfish-Bot, l’équipe a utilisé des actionneurs électrohydrauliques qui fonctionnent comme des muscles artificiels. Autour de ces actionneurs se trouvent des coussins d’air et des matériaux souples et rigides, qui stabilisent le robot et le rendent étanche. De cette manière, l’électricité dans les actionneurs ne peut pas entrer en contact avec l’eau.
Le robot est alimenté par une source d’électricité qui est transmise à travers de fins fils. Cette électricité provoque la contraction et l’expansion des muscles artificiels, permettant au robot de nager avec grâce et de créer des tourbillons sous son corps. Ainsi, Jellyfish-Bot est un exemple de technologie innovante et respectueuse de l’environnement pour aider à nettoyer nos océans.
“Lorsqu’une méduse nage vers le haut, elle peut piéger des objets sur son chemin en créant des courants autour de son corps. De cette manière, elle peut également collecter des nutriments. Notre robot fait lui aussi circuler l’eau autour de lui. Cette fonction est utile pour collecter des objets tels que des déchets. Il peut ensuite transporter les déchets vers la surface, où ils pourront être recyclés. Il est également capable de collecter des échantillons biologiques fragiles tels que des œufs de poisson. En même temps, il n’y a pas d’impact négatif sur le milieu environnant. L’interaction avec les espèces aquatiques se fait en douceur et presque sans bruit“, explique Tianlu Wang. Il est post-doctorant au sein du département d’intelligence physique du MPI-IS et premier auteur de la publication.
Son coauteur, Hyeong-Joon Joo, du département des matériaux robotiques, poursuit : “On estime que 70 % des déchets marins coulent au fond de la mer. Les plastiques représentent plus de 60 % de ces déchets et mettent des centaines d’années à se dégrader. Nous avons donc constaté qu’il était urgent de mettre au point un robot capable de manipuler des objets tels que les déchets et de les transporter vers le haut. Nous espérons que les robots sous-marins pourront un jour contribuer au nettoyage de nos océans“.
Les robots méduses sont capables de déplacer et de piéger des objets sans contact physique, en fonctionnant seuls ou avec plusieurs robots combinés. Chaque robot fonctionne plus rapidement que d’autres inventions comparables, atteignant une vitesse de 6,1 cm/s. De plus, le Jellyfish-Bot ne nécessite qu’une faible puissance d’entrée, de l’ordre de 100 mW. Il est sans danger pour les humains et les poissons si le matériau polymère qui isole le robot devait un jour se déchirer. Par ailleurs, le bruit du robot ne peut pas être distingué du bruit de fond. Ainsi, le robot méduse interagit doucement avec son environnement sans le perturber, à l’instar de son homologue naturel.
Le robot est constitué de plusieurs couches : certaines le rigidifient, d’autres servent à le maintenir à flot ou à l’isoler. Une autre couche de polymère sert de peau flottante. Des muscles artificiels alimentés électriquement, appelés HASELs, sont intégrés au milieu des différentes couches. Les HASEL sont des poches en plastique remplies de diélectrique liquide et partiellement recouvertes d’électrodes. L’application d’une haute tension sur une électrode la charge positivement, tandis que l’eau environnante est chargée négativement. Cela génère une force entre l’électrode chargée positivement et l’eau chargée négativement qui pousse l’huile à l’intérieur des poches dans un mouvement de va-et-vient, provoquant la contraction et la relaxation des poches, comme dans un vrai muscle. Les HASEL peuvent supporter les fortes contraintes électriques générées par les électrodes chargées et sont protégées de l’eau par une couche isolante. C’est important, car les muscles HASEL n’ont jamais été utilisés auparavant pour construire un robot sous-marin.
La première étape a consisté à développer le Jellyfish-Bot avec une électrode et six doigts ou bras. Dans un deuxième temps, l’équipe a divisé l’électrode unique en groupes distincts afin de les actionner indépendamment.
“Nous avons réussi à saisir des objets en faisant fonctionner quatre des bras comme une hélice et les deux autres comme une pince. Ou bien nous n’avons actionné qu’un sous-ensemble de bras, afin de diriger le robot dans différentes directions. Nous avons également cherché à savoir comment faire fonctionner un collectif de plusieurs robots. Par exemple, nous avons pris deux robots et les avons laissés ramasser un masque, ce qui est très difficile pour un seul robot. Deux robots peuvent également coopérer pour porter des charges lourdes. Cependant, à ce stade, notre robot-méduse a besoin d’un fil. C’est un inconvénient si nous voulons vraiment l’utiliser un jour dans l’océan“, explique Hyeong-Joon Joo.
Peut-être que les câbles alimentant les robots appartiendront bientôt au passé. “Notre objectif est de développer des robots sans fil. Heureusement, nous avons franchi la première étape vers cet objectif. Nous avons intégré tous les modules fonctionnels, tels que la batterie et les éléments de communication sans fil, afin de permettre de futures manipulations sans fil”, poursuit Tianlu Wang.
L’équipe a fixé une unité de flottabilité au sommet du robot et une batterie et un microcontrôleur à la base. Ils ont ensuite fait nager leur invention dans l’étang du campus Max Planck de Stuttgart et ont réussi à la diriger. Jusqu’à présent, cependant, ils n’ont pas pu ordonner au robot sans fil de changer de cap et de nager dans l’autre sens.
[ Rédaction ]
Lien principal : dx.doi.org/10.1126/sciadv.adg02
