Pince robotique à base de muscles artificiels. Crédit : Advanced Materials (2025). DOI : 10.1002/adma.202503094
Une équipe de recherche a mis au point un « muscle artificiel intelligent » capable d’assurer simultanément des fonctions de détection et d’actionnement, inspiré des complexes musculo-tendineux biologiques. Ce muscle artificiel, qui intègre des canaux de métal liquide dans un élastomère à cristaux liquides (LCE: liquid crystal elastomer), se contracte en réponse à une stimulation électrique tout en étant capable de mesurer en temps réel sa force interne et sa longueur.
De ce fait, elle permet le traitement simultané des signaux moteurs (système nerveux somatique) et sensoriels (système nerveux sensoriel), à l’instar des muscles biologiques. Cette technologie est considérée comme une avancée majeure présentant un fort potentiel d’application dans les robots humanoïdes de nouvelle génération. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans la revue Advanced Materials et ont fait l’objet d’un article de couverture.
Ces dernières années, la demande de technologies d’actionnement robotiques capables de manipuler délicatement des objets, de percevoir l’environnement extérieur et d’interagir en toute sécurité de manière quasi humaine a connu une croissance rapide dans tous les secteurs d’activité, notamment la robotique humanoïde, les systèmes d’automatisation logistique et les dispositifs médicaux de réadaptation et d’assistance.
Cependant, les muscles artificiels et les actionneurs robotiques classiques présentent des limitations, car les fonctions d’actionnement et de détection sont dissociées, ce qui nécessite des capteurs supplémentaires et des systèmes de contrôle complexes. Par conséquent, la demande pour une nouvelle génération de « matériaux d’actionnement intelligents » capables de surmonter ces difficultés est constante.
Comparaison des principes de fonctionnement entre un muscle biologique et un muscle artificiel (à gauche), et d’une main robotisée équipée de muscles artificiels (à droite). Crédit : Advanced Materials (2025). DOI : 10.1002/adma.202503094
Comment fonctionne le nouveau muscle artificiel
Pour remédier à ce problème, l’équipe de recherche du professeur Yong-Lae Park, de la faculté d’ingénierie de l’université nationale de Séoul, a développé un muscle artificiel à base de LCE qui intègre simultanément des fonctions de détection et d’actionnement, s’inspirant des complexes musculo-tendineux biologiques. Ces travaux sont reconnus comme ouvrant un nouveau paradigme dans l’actionnement robotique grâce à la réalisation d’une intelligence physique .
Le muscle artificiel est constitué d’une structure unique où des cristaux liquides élastomères (LCE) isotropes et nématiques, aux propriétés différentes, sont connectés en série, jouant respectivement les rôles de tendon et de muscle. Parmi les deux canaux de métal liquide intégrés , l’un fait office d’actionneur actif (moteur) qui induit la contraction par chauffage, tandis que l’autre sert de capteur mesurant avec précision la force et la déformation. Le système est conçu pour détecter l’état de contraction de l’intérieur et générer simultanément un mouvement, sans nécessiter de capteurs externes.
Les chercheurs ont également démontré que les doigts robotisés et les systèmes de préhension équipés de ce muscle artificiel peuvent saisir des objets avec précision et distinguer de manière autonome leur rigidité et leur taille. En particulier, en configurant deux muscles artificiels en une paire antagoniste fonctionnant en sens inverse, le système parvient à un contrôle précis de la contraction et de la relaxation, permettant une actionnement rapide et précis.
Applications potentielles et recherches futures
Le professeur Yong-Lae Park a déclaré : « Le muscle artificiel développé dans cette étude reproduit la structure et la fonction uniques des muscles biologiques, permettant aux robots d’interagir avec leur environnement de manière plus flexible et précise. On s’attend à ce qu’il trouve de nombreuses applications dans le domaine des robots humanoïdes, ainsi que dans les secteurs médical, de la réadaptation et de la robotique souple. »
L’équipe du professeur Park poursuit actuellement des recherches approfondies sur l’optimisation structurelle et les technologies de refroidissement actif afin d’améliorer la vitesse de refroidissement du muscle artificiel.
Jiyeon Cho, première auteure de l’article, est doctorante au département de génie mécanique de l’Université nationale de Séoul et mène des recherches complémentaires sur la fabrication automatisée de muscles artificiels. Après l’obtention de son doctorat, elle prévoit de poursuivre ses recherches en tant que chercheuse postdoctorale.
https://www.snu.ac.kr/research/highlights?md=v&bbsidx=168626
