Un robot quadrupède qui surpasse ses concurrents électriques

Dans une étude récente, des scientifiques ont développé un robot quadrupède à l’échelle d’un insecte, propulsé par combustion et surpassant ses concurrents électriques en termes de vitesse, de force, de flexibilité et de saut. Cet article explore les caractéristiques innovantes de ce robot et les implications potentielles pour l’avenir de la robotique à petite échelle.

Un robot inspiré des insectes

Les chercheurs de Cornell ont combiné des microactionneurs souples avec un carburant chimique à haute densité d’énergie pour créer ce robot unique. Leur article, intitulé « Powerful, Soft Combustion Actuators for Insect-Scale Robots », a été publié dans la revue Science.

Les insectes, malgré leur petite taille, sont connus pour leur force impressionnante. Cependant, les robots à cette échelle n’ont pas encore atteint leur plein potentiel. L’une des difficultés réside dans le fait que les moteurs, les moteurs et les pompes ne fonctionnent pas correctement lorsqu’ils sont réduits à cette taille. Les chercheurs ont donc cherché à compenser cela en créant des mécanismes sur mesure pour effectuer ces fonctions.

La puissance de la combustion

Jusqu’à présent, la majorité de ces robots étaient reliés à leurs sources d’énergie, généralement l’électricité. Les chercheurs ont pensé qu’utiliser un carburant chimique à haute densité d’énergie, similaire à celui utilisé dans les automobiles, pourrait augmenter la puissance embarquée et les performances de ces robots.

Bien qu’ils ne préconisent pas le retour des combustibles fossiles à grande échelle, un millilitre de carburant pourrait permettre une heure de fonctionnement, contrairement à une batterie trop lourde pour que le robot puisse la soulever.

Le robot à quatre pattes, mesurant un peu plus d’un pouce de long et pesant l’équivalent d’un clip et demi, est imprimé en 3D avec une résine résistante aux flammes. Le corps contient une paire de chambres de combustion séparées qui mènent aux quatre actionneurs, qui servent de pieds. Chaque actionneur/pied est un cylindre creux surmonté d’un morceau de caoutchouc silicone, comme une peau de tambour, sur le fond.

Performances impressionnantes

Lorsqu’une étincelle est créée dans les chambres de combustion, le mélange de méthane et d’oxygène s’enflamme, la réaction de combustion gonfle la peau du tambour et le robot se soulève dans les airs. Les actionneurs du robot sont capables d’atteindre 9,5 newtons de force, contre environ 0,2 newton pour les robots de taille similaire. Il fonctionne également à des fréquences supérieures à 100 hertz, atteint des déplacements de 140 % et peut soulever 22 fois son poids.

La conception des actionneurs permet également un haut degré de contrôle. En ajustant la vitesse et la fréquence des étincelles ou en modifiant l’alimentation en carburant en temps réel, l’opérateur peut déclencher une gamme dynamique de réponses.

Un peu de carburant et des étincelles à haute fréquence font avancer le robot rapidement sur le sol. En ajoutant un peu plus de carburant et moins d’étincelles, le robot ralentit et saute. En augmentant le carburant et en produisant une bonne étincelle, le robot peut sauter à 60 centimètres de hauteur, soit environ 20 fois sa longueur.

En synthèse

Les chercheurs envisagent d’ajouter encore plus d’actionneurs en parallèle pour produire des articulations à la fois très fines et très puissantes à l’échelle macro. L’équipe prévoit également de continuer à travailler sur une version sans fil, nécessitant un passage d’un carburant gazeux à un carburant liquide que le robot peut transporter à bord, ainsi que des électroniques plus petites.

Les applications potentielles de ces robots à l’échelle des insectes incluent la recherche et le sauvetage, l’exploration, la surveillance environnementale, la surveillance et la navigation dans des environnements difficiles.

Pour une meilleure compréhension

1. Comment fonctionne le robot à l’échelle d’un insecte ?

Le robot quadrupède à l’échelle d’un insecte utilise des microactionneurs souples et un carburant chimique à haute densité d’énergie pour générer de la force et du mouvement. La combustion du mélange de méthane et d’oxygène dans les chambres de combustion gonfle les actionneurs, permettant au robot de se déplacer et de sauter.

2. Quels sont les avantages de ce robot par rapport à ses concurrents électriques ?

Ce robot surpasse ses concurrents électriques en termes de force, de vitesse, de flexibilité et de saut. Il peut soulever 22 fois son poids, fonctionner à des fréquences supérieures à 100 hertz et sauter jusqu’à 60 centimètres de hauteur.

3. Quelles sont les applications potentielles de ces robots à l’échelle des insectes ?

Les applications potentielles incluent la recherche et le sauvetage, l’exploration, la surveillance environnementale, la surveillance et la navigation dans des environnements difficiles.

4. Quels sont les défis à relever pour créer une version sans fil du robot ?

Les défis incluent le passage d’un carburant gazeux à un carburant liquide que le robot peut transporter à bord et la miniaturisation des électroniques nécessaires pour le contrôle et l’alimentation.

5. Comment les chercheurs envisagent-ils d’améliorer les articulations du robot ?

Les chercheurs prévoient d’ajouter encore plus d’actionneurs en parallèle pour produire des articulations à la fois très fines et très puissantes à l’échelle macro.

Légende illustration principale : Ce robot quadrupède à combustion est capable d’effectuer des mouvements à plusieurs allures et de faire des bonds de 60 centimètres dans les airs, soit environ 20 fois la longueur de son corps. Crédit : Cornell

L’auteur principal est le chercheur postdoctoral Cameron Aubin, Ph.D. ’23, et le projet a été dirigé par Rob Shepherd, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à Cornell Engineering.

Article : « Powerful, soft combustion actuators for insect-scale robots » – DOI: 10.1126/science.adg5067

Article adapté du contenu de l’auteur : David Nutt, Cornell Chronicle