Des robots souples alimentés par la lumière peuvent sauter indéfiniment.
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Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont créé des robots souples en forme de goutte d’eau qui bondissent vers le haut ou vers l’avant lorsqu’ils sont exposés à la lumière infrarouge – et continuent de sauter tant que cette lumière est présente. Ces travaux mettent en évidence un nouveau mécanisme d’auto-réinitialisation du comportement de saut en robotique souple.
« Ce système de saut à l’anneau est très simple », explique Jie Yin, co-auteur d’un article sur ces travaux et professeur de génie mécanique et aérospatial à l’université d’État de Caroline du Nord. « Nous utilisons la torsion pour emmagasiner de l’énergie élastique, puis la libérer instantanément. De plus, grâce à sa conception, il n’est pas nécessaire de le réinitialiser entre les sauts : il se réinitialise automatiquement. »
Ces robots sont constitués d’un ruban en élastomère à cristaux liquides en forme de larme, muni à une extrémité d’un fin tube en aluminium en forme de V. Sous l’effet de la lumière d’une lampe infrarouge, la surface du ruban se contracte, ce qui le fait tourner. La rigidité du tube en V empêche le ruban de s’enrouler sur lui-même, l’obligeant à se tordre de plus en plus. Cette torsion emmagasine de l’énergie jusqu’à ce qu’elle atteigne un point critique, libérant ainsi cette énergie. Le tube en V, à l’extrémité de la larme, se rabat alors brusquement vers le bas et percute la surface, propulsant la larme dans les airs.
Après avoir libéré l’énergie emmagasinée, la goutte d’eau reprend sa forme initiale. Ce processus se répète tant que le robot est exposé à la lumière infrarouge. Une vidéo des robots est disponible ici :
« Nous avons découvert qu’il est possible de contrôler la nature des mouvements du robot en apportant de légères modifications à sa conception », explique Fangjie Qi, premier auteur de l’article et chercheur postdoctoral à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Si l’angle en V à l’une des extrémités de la forme en goutte d’eau est très ouvert (120 degrés), le robot avance simplement en rampant. Si l’on réduit l’angle à 90 degrés, il fait un bond en avant. Et si l’on réduit encore l’angle à 50 degrés, le robot effectue un saut vertical. En d’autres termes, un seul paramètre géométrique détermine s’il rampe, avance en bondissant ou saute vers le haut. »
« On pourrait aussi améliorer la distance de saut du robot en ajoutant un peu de poids à l’extrémité arrondie de sa forme en goutte d’eau », explique Qi. « Cela modifie le centre de gravité du robot et lui confère une propulsion plus puissante et stable vers l’avant, un peu comme un nageur qui se penche en avant au moment de plonger du plot de départ. »
De plus, les chercheurs ont constaté que l’intensité de la lumière infrarouge joue un rôle important.
« Il faut que le signal soit suffisamment fort pour provoquer le saut, mais pas trop fort, car cela pourrait amener le robot à sauter de manière erratique et dans des directions imprévisibles », explique Qi.
Lors des tests de validation de principe, les chercheurs ont constaté que les robots en forme de goutte d’eau pouvaient sauter par-dessus des pentes, des obstacles et une grande variété de surfaces, notamment l’herbe, le sable, les rochers et le paillis.
« Il n’y a pas d’applications immédiates pour ces travaux, mais il s’agit d’une avancée fondamentale qui mérite d’être explorée pour son utilisation potentielle dans la navigation environnementale, la robotique en essaim et la navigation en terrain non structuré », déclare Yin.
L’article intitulé « A Self-Resetting Soft Ring for Autonomous, Continuous Leaping in Unstructured Environments,” ou « Un anneau souple à réinitialisation automatique pour des sauts autonomes et continus en environnements non structurés » est publié dans PNAS . Il a été co-écrit par Caizhi Zhou et Haoze Sun, doctorants à NC State, ainsi que par Haitao Qing et Yaoye Hong, docteurs de NC State.