Le robot HB utilise une platine de précision et un codeur optique pour se déplacer librement et avec une précision remarquable, ce qui en fait un outil précieux pour la manipulation d’objets de taille submicrométrique. Crédit : Image adaptée de O. Fuchiwaki et al., Advanced Intelligent Systems 2026, DOI : 10.1002/aisy.202501141. Utilisée sous licence CC-BY 4.0.
Avec la rapidité des progrès technologiques, les performances médiocres et les technologies obsolètes ne sont plus acceptables. Le positionnement précis est un domaine où des avancées sont nécessaires, car de nombreuses applications conventionnelles utilisent des outils beaucoup plus volumineux que les objets manipulés, ce qui rend la haute précision difficile à atteindre. De plus, les outils de haute précision ont une amplitude de mouvement limitée.
Les chercheurs ont refusé tout compromis et se sont attelés à la création d’une machine de haute précision dotée d’une grande amplitude de mouvement. Ils y sont parvenus en développant un robot de positionnement précis, de la taille d’une paume, utilisant des actionneurs piézoélectriques. Les résultats ont été publiés dans la revue Advanced Intelligent Systems en janvier 2026.
Les systèmes de positionnement de précision classiques sont limités dans leur amplitude de mouvement, et les robots mobiles dans leur précision de positionnement. Des chercheurs de l’Université nationale de Yokohama ont mis au point une méthode permettant de combiner les atouts de ces deux technologies conventionnelles afin de créer un robot mobile qui tire le meilleur parti des deux mondes. Pour ce faire, ils utilisent des actionneurs piézoélectriques afin de concrétiser pleinement leur concept : le Holonomic Beetle (HB).
« Ce travail introduit un nouveau paradigme dans le contrôle des mouvements robotiques qui contribue à combler l’écart de performance entre les robots mobiles et la technologie de positionnement ultraprécise en adaptant une méthode de contrôle simple à un robot mobile à actionnement piézoélectrique avec mesure haute résolution », a déclaré Ohmi Fuchiwaki, professeur associé à l’Université nationale de Yokohama et chercheur de l’étude.
Les actionneurs piézoélectriques sont des dispositifs de haute précision qui convertissent l’énergie électrique en déplacements mécaniques grâce à l’effet piézoélectrique. Cet effet se produit lorsqu’un champ électrique rencontre un matériau piézoélectrique , provoquant une réaction de la structure interne de ce matériau par dilatation ou contraction. Cette modification structurelle améliore la durée de vie du matériau, garantit des temps de réponse rapides ainsi qu’une précision et une résolution élevées.
« Sur des plans XYΘ de différentes dimensions, nous avons mené des expériences de suivi de trajectoire précises avec un petit robot mobile haute résolution. Ce dernier a parcouru tous les trajets avec des erreurs de trajectoire inférieures à 0,5–4,75 µm. Ce résultat démontre que notre robot mobile, utilisant une commande PID, est parfaitement adapté au positionnement précis et au transport sur de grandes distances d’objets de taille submicrométrique à centimétrique », a déclaré Ohmi Fuchiwaki.
Les résultats ont démontré l’excellent fonctionnement du robot HB, avec une réduction significative des erreurs de trajectoire pour les parcours simples et complexes, et ce, à toutes les échelles utilisées. L’erreur quadratique moyenne (RMSE) est inférieure à un micromètre. Plus la RMSE est faible, plus l’écart entre les valeurs prédites et les valeurs réelles est faible. Les chercheurs estiment qu’avec l’amélioration continue du robot, la RMSE pourra encore être réduite.
L’avenir de HB est prometteur et riche en améliorations. Les chercheurs souhaitent augmenter la vitesse du moteur, accroître la rigidité mécanique, intégrer un système de réduction des vibrations et introduire une commande basée sur un modèle afin de réduire davantage les mouvements aléatoires et les erreurs induites par les vibrations.
De plus, rendre HB plus accessible en le rendant utilisable dans différents espaces de travail et dans des conditions d’utilisation plus pratiques est essentiel pour atteindre l’objectif ultime des chercheurs : une alternative mobile à la technologie de précision conventionnelle, hyper précise et pouvant être un outil peu coûteux et évolutif utilisable dans de nombreux domaines différents.
