Les robots inspirés de l’origami peuvent détecter, analyser et agir dans des environnements difficiles


Les roboticiens ont utilisé une technique similaire à l’art ancien du pliage de papier pour développer des machines autonomes à partir de feuilles minces et flexibles. Ces robots légers sont plus simples et moins chers à fabriquer et plus compacts pour un stockage et un transport plus faciles.

Cependant, les puces informatiques rigides traditionnellement nécessaires pour activer les capacités robotiques avancées – détection, analyse et réponse à l’environnement – ajoutent un poids supplémentaire aux matériaux en feuilles minces et les rendent plus difficiles à plier. Les composants à base de semi-conducteurs doivent donc être ajoutés après qu’un robot ait pris sa forme définitive.

Maintenant, une équipe multidisciplinaire dirigée par des chercheurs de la UCLA Samueli School of Engineering a créé une nouvelle technique de fabrication pour des robots entièrement pliables qui peuvent effectuer une Crumpa de tâches complexes sans s’appuyer sur des semi-conducteurs. Une étude détaillant les résultats de la recherche a été publiée dans Communication Nature.

En incorporant des matériaux flexibles et électriquement conducteurs dans une feuille de film de polyester mince prédécoupée, les chercheurs ont créé un système d’unités de traitement de l’information, ou transistors, qui peuvent être intégrés à des capteurs et des actionneurs. Ils ont ensuite programmé la feuille avec des fonctions informatiques analogiques simples qui imitent celles des semi-conducteurs. Une fois découpée, pliée et assemblée, la feuille se transforme en un robot autonome capable de détecter, d’analyser et d’agir en réponse à son environnement avec précision. Les chercheurs ont nommé leurs robots « OrigaMechs », abréviation d’Origami MechanoBots.

« Ce travail conduit à une nouvelle classe de robots origami avec des capacités et des niveaux d’autonomie étendus tout en conservant les attributs favorables associés à la fabrication basée sur le pliage d’origami », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Wenzhong Yan, doctorant en génie mécanique à l’UCLA.

Les OrigaMechs ont tiré leurs capacités informatiques d’une combinaison de commutateurs mécaniques multiplexés en origami créés par les plis et de commandes logiques booléennes programmées, telles que « ET », « OU » et « NON ». Les commutateurs ont activé un mécanisme qui produit sélectivement des signaux électriques en fonction de la pression variable et de l’apport de chaleur dans le système.

En utilisant la nouvelle approche, l’équipe a construit trois robots pour démontrer le potentiel du système :

  • un robot marcheur ressemblant à un insecte qui change de direction lorsque l’une de ses antennes détecte un obstacle
  • un robot ressemblant à un attrape-mouche de Vénus qui enveloppe une « proie » lorsque ses deux capteurs de mâchoire détectent un objet
  • un robot à deux roues reprogrammable qui peut se déplacer le long de trajectoires préconçues de différents motifs géométriques

Alors que les robots étaient attachés à une source d’alimentation pour la démonstration, les chercheurs ont déclaré que l’objectif à long terme serait d’équiper les robots origami autonomes d’un système de stockage d’énergie intégré alimenté par des batteries au lithium à couche mince.

La conception sans puce peut conduire à des robots capables de travailler dans des environnements extrêmes – de forts champs radiatifs ou magnétiques, et des endroits avec des signaux de radiofréquence intenses ou des décharges électrostatiques élevées – où l’électronique traditionnelle à base de semi-conducteurs pourrait ne pas fonctionner.

« Ces types de scénarios dangereux ou imprévisibles, comme lors d’une catastrophe naturelle ou d’origine humaine, pourraient être les cas où les robots origami se sont avérés particulièrement utiles », a déclaré le chercheur principal de l’étude Ankur Mehta, professeur adjoint de génie électrique et informatique et directeur du laboratoire de l’UCLA. pour les machines embarquées et les robots omniprésents.

« Les robots pourraient être conçus pour des fonctions spécialisées et fabriqués à la demande très rapidement », a ajouté Mehta. « De plus, bien que ce soit très loin, il pourrait y avoir des environnements sur d’autres planètes où des robots explorateurs insensibles à ces scénarios seraient très souhaitables. »

Les robots pré-assemblés construits par cette technique flexible de découpe et de pliage pourraient être transportés dans un emballage plat pour un gain de place considérable. Ceci est important dans des scénarios tels que les missions spatiales, où chaque centimètre cube compte. Les robots peu coûteux, légers et simples à fabriquer pourraient également conduire à des outils éducatifs innovants ou à de nouveaux types de jouets et de jeux.

Les autres auteurs de l’étude sont l’étudiant de premier cycle de l’UCLA Mauricio Deguchi et l’étudiant diplômé Zhaoliang Zheng, ainsi que les roboticiens Shuguang Li et Daniela Rus du Massachusetts Institute of Technology.

La recherche a été soutenue par la National Science Foundation. Yan et Mehta déposent une demande de brevet par l’intermédiaire du groupe de développement technologique de l’UCLA.

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