Des robots inspirés du scarabée cliquent qui sautent en utilisant de l’énergie élastique


Les chercheurs ont fait un bond en avant significatif dans le développement de robots sauteurs de la taille d’un insecte capables d’effectuer des tâches dans les petits espaces souvent trouvés dans les environnements mécaniques, agricoles et de recherche et sauvetage.

Une nouvelle étude dirigée par le professeur de sciences mécaniques et d’ingénierie Sameh Tawfick démontre une série de robots de la taille d’un coléoptère suffisamment petits pour tenir dans des espaces restreints, suffisamment puissants pour manœuvrer au-dessus des obstacles et suffisamment rapides pour correspondre au temps de fuite rapide d’un insecte.

Les conclusions sont publiées dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.

Des chercheurs de l’U. of I. et de l’Université de Princeton ont étudié l’anatomie, la mécanique et l’évolution du taupin au cours de la dernière décennie. Une étude de 2020 a révélé que le flambage rapide – la libération rapide d’énergie élastique – d’un muscle enroulé dans le thorax d’un taupin est déclenché pour lui permettre de se propulser dans les airs plusieurs fois la longueur de son corps, comme un moyen de se redresser si retournés sur le dos.

« L’un des grands défis de la robotique à petite échelle est de trouver une conception qui soit petite, mais suffisamment puissante pour contourner les obstacles ou échapper rapidement à des environnements dangereux », a déclaré Tawfick.

Dans la nouvelle étude, Tawfick et son équipe ont utilisé de minuscules actionneurs enroulés – analogues aux muscles des animaux – qui tirent sur un mécanisme en forme de faisceau, le faisant lentement boucler et stocker l’énergie élastique jusqu’à ce qu’il soit libéré et amplifié spontanément, propulsant les robots vers le haut.

« Ce processus, appelé cascade de flambage dynamique, est simple comparé à l’anatomie d’un taupin », a déclaré Tawfick. « Cependant, la simplicité a du bon dans ce cas car elle nous permet de travailler et de fabriquer des pièces à cette petite échelle. »

Guidée par l’évolution biologique et des modèles mathématiques, l’équipe a construit et testé quatre variantes d’appareils, atterrissant sur deux configurations capables de sauter avec succès sans intervention manuelle.

« Pour aller de l’avant, nous n’avons pas d’approche définie sur la conception exacte de la prochaine génération de ces robots, mais cette étude plante une graine dans l’évolution de cette technologie – un processus similaire à l’évolution biologique », a déclaré Tawfick.

L’équipe envisage que ces robots accèdent à des espaces restreints pour aider à effectuer la maintenance de grosses machines comme les turbines et les moteurs à réaction, par exemple, en prenant des photos pour identifier les problèmes.

« Nous imaginons également que les robots à l’échelle des insectes sont utiles dans l’agriculture moderne », a déclaré Tawfick. « Les scientifiques et les agriculteurs utilisent actuellement des drones et des rovers pour surveiller les cultures, mais parfois les chercheurs ont besoin d’un capteur pour toucher une plante ou pour capturer une photographie d’un élément à très petite échelle. Les robots à l’échelle des insectes peuvent le faire. »

Des chercheurs de l’Université de Birmingham, Royaume-Uni ; L’université d’Oxford; et l’Université du Texas à Dallas ont également participé à cette recherche.

La Defense Advanced Research Projects Agency, le Toyota Research Institute North America, la National Science Foundation et la Royal Society ont soutenu cette étude.

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