Inspirés du papier découpé japonais, les chercheurs ont mis au point une nouvelle pince robotique à la fois douce et résistante
À l’aide d’un nouveau design inspiré de l’art japonais du papier découpé, des chercheurs ont mis au point des pinces robotiques douces mais solides qui peuvent plier des vêtements, saisir une goutte d’eau et des microfibres ultrafines, soulever 16 000 fois leur propre poids et tourner les pages d’un livre. Le dispositif a un large éventail d’applications potentielles, des prothèses à la chirurgie mini-invasive et à l’exploration en haute mer.
Nous avons vu une série de pinces robotiques ces derniers temps, y compris des pinces qui fonctionnent sans électricité, sont inspirées par des fleurs ou arborent des « doigts » en bois. Mais des chercheurs de la North Carolina State (NC State) University viennent peut-être de développer des pinces robotiques de niveau supérieur.
« Il est difficile de développer une seule pince souple capable de manipuler des objets ultra-doux, ultra-fins et lourds, en raison des compromis entre force, précision et douceur », a déclaré Jie Yin, auteur correspondant de l’étude. « Notre conception atteint un excellent équilibre entre ces caractéristiques. »
Pour être utile dans un large éventail de situations, le préhenseur idéal doit être capable d’employer la délicatesse si nécessaire, mais aussi être capable de prouesses de force et de dextérité. Pour y parvenir, les chercheurs se sont inspirés du kirigami, l’art japonais du papier découpé.
Dans le kirigami, étroitement lié à l’origami, le papier bidimensionnel est plié et découpé pour former des formes tridimensionnelles. Les chercheurs ont découvert que l’utilisation d’une conception inspirée du kirigami offrait à leur pince des avantages uniques.
« La force des pinces robotiques est généralement mesurée en rapport charge utile-poids », a déclaré Yin. « Nos pinces pèsent 0,4 gramme et peuvent soulever jusqu’à 6,4 kilogrammes. C’est un rapport charge utile-poids d’environ 16 000. C’est 2,5 fois plus que le précédent record de rapport charge utile/poids, qui était de 6 400. Combinée à ses caractéristiques de douceur et de précision, la force des pinces suggère une grande variété d’applications.«
Selon les chercheurs, ces caractéristiques sont davantage liées à la conception des pinces qu’à leur composition.
« En termes pratiques, cela signifie que vous pouvez fabriquer les pinces à partir de matériaux biodégradables, tels que des feuilles de plantes robustes », a déclaré Yaoye Hong, auteur principal de l’étude. « Cela pourrait être particulièrement utile pour les applications où vous ne voudriez utiliser les pinces que pendant une période limitée, comme lors de la manipulation d’aliments ou de matériaux biomédicaux. Par exemple, nous avons démontré que les pinces peuvent être utilisées pour manipuler des déchets médicaux tranchants, tels que des aiguilles.
En parlant d’applications, lors de tests de preuve de concept, les chercheurs ont intégré leurs pinces à une main prothétique à commande musculaire (myoélectrique), démontrant qu’elle pouvait tourner les pages d’un livre et cueillir des raisins dans une vigne.
La pince kirigami peut saisir une goutte d’eau et 6,4 kg de poids, être intégrée dans une main prothétique et être fabriquée à partir de matières végétales
« Cette fonction améliorée de préhension pour les tâches difficiles à effectuer à l’aide de prothèses existantes, telles que fermer certains types de fermetures éclair, ramasser une pièce de monnaie, etc. », a déclaré le co-auteur de l’étude, He (Helen) Huang. « La nouvelle pince ne peut pas remplacer toutes les fonctions des mains prothétiques existantes, mais elle pourrait être utilisée pour compléter ces autres fonctions. Et l’un des avantages des pinces kirigami est que vous n’auriez pas besoin de remplacer ou d’augmenter les moteurs existants utilisés dans les prothèses robotiques. Vous pouvez simplement utiliser le moteur existant lors de l’utilisation des pinces.«
Mais les chercheurs pensent que leurs nouvelles pinces pourraient être utilisées pour bien plus encore.
« Nous pensons que la conception de la pince a des applications potentielles dans des domaines allant des prothèses robotiques et de la transformation des aliments à la fabrication pharmaceutique et électronique », a déclaré Jie Yin. « Nous sommes impatients de travailler avec des partenaires de l’industrie pour trouver des moyens d’utiliser la technologie. »
