L'impression 3D permet d'assembler des objets dynamiques pour créer des robots bioniques, des sculptures, etc.

Il est difficile de construire des appareils qui reproduisent le mouvement fluide et précis des humains, mais cela pourrait changer si nous pouvions tirer quelques ficelles (littérales). C'est du moins l'idée derrière les mécanismes à câble, où le passage d'une ficelle dans un objet génère un mouvement fluide entre ses différentes parties. Prenons l'exemple d'un doigt robotisé : vous pourriez insérer un câble dans la paume de la main jusqu'au bout du doigt de cet objet, puis tirer dessus pour créer un mouvement de courbure.

Si les mécanismes à câbles peuvent créer un mouvement en temps réel pour plier, tordre ou plier un objet, leur assemblage manuel peut être complexe et long. Pour automatiser ce processus, des chercheurs du Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle (CSAIL) du MIT ont développé une approche d'impression 3D tout-en-un appelée « Xstrings ». Outil de conception et méthode de fabrication, Xstrings permet d'assembler toutes les pièces et de produire un dispositif à câbles, permettant ainsi de gagner du temps lors de l'assemblage de robots bioniques, de la création d'installations artistiques ou de la création de modèles de mode dynamiques.

L'approche d'impression 3D assemble des mécanismes entraînés par câble pour vous
Vidéo : MIT CSAIL

Dans un article qui sera présenté à la Conférence 2025 sur les facteurs humains dans les systèmes informatiques (CHI2025), les chercheurs ont utilisé Xstrings pour imprimer une gamme d'objets colorés et uniques, notamment un robot lézard marcheur rouge, une sculpture murale violette qui peut s'ouvrir et se fermer comme la queue d'un paon, un tentacule blanc qui s'enroule autour des objets et une griffe blanche qui peut se replier en poing pour saisir des objets.

Pour fabriquer ces mécanismes accrocheurs, Xstrings permet aux utilisateurs de personnaliser entièrement leurs designs via un logiciel, en les envoyant à une imprimante 3D multi-matériaux pour donner vie à leur création. Vous pouvez imprimer automatiquement tous les composants du dispositif à l'emplacement souhaité en une seule étape, y compris les câbles qui le traversent et les articulations qui permettent son mouvement.

Jiaji Li, postdoctorant au MIT CSAIL et auteur principal, affirme que Xstrings permet aux ingénieurs de gagner du temps et de l'énergie, réduisant de 40 % le temps de production total par rapport à une fabrication manuelle. « Notre méthode innovante peut aider n'importe qui à concevoir et à fabriquer des produits à câbles avec une imprimante 3D bi-matière de bureau », explique Li.

Une nouvelle approche de la fabrication par câbles

Pour utiliser le programme Xstrings, les utilisateurs saisissent d'abord un modèle aux dimensions spécifiques, comme un cube rectangulaire divisé en morceaux plus petits avec un trou au milieu de chacun. Vous pouvez ensuite choisir le sens de déplacement de ses pièces en sélectionnant différentes « primitives » : flexion, enroulement (comme un ressort), torsion (comme une vis) ou compression — et l'angle de ces mouvements.

Pour des créations encore plus élaborées, les utilisateurs peuvent intégrer plusieurs primitives afin de créer des combinaisons de mouvements intrigantes. Pour un serpent en peluche, plusieurs torsions pourraient être utilisées pour créer une combinaison « en série », où un seul cordon entraîne une séquence de mouvements. Pour créer la pince du robot, l'équipe a intégré plusieurs câbles dans une combinaison « parallèle », où plusieurs fils sont intégrés, permettant à chaque doigt de se refermer en poing.

Xstrings simplifie l'intégration des câbles à l'objet qu'il produit. Les utilisateurs peuvent choisir précisément le mode de fixation des câbles, notamment leur extrémité, les trous de la structure par lesquels passe le câble et l'endroit où tirer pour actionner l'appareil. Image reproduite avec l'aimable autorisation des chercheurs.

Au-delà du réglage précis du mouvement des mécanismes à câbles, Xstrings facilite également l'intégration des câbles à l'objet. Les utilisateurs peuvent choisir précisément le mode de fixation des câbles : l'emplacement de l'ancrage (point d'extrémité), des zones filetées (ou trous dans la structure traversés par le câble) et du point exposé (où l'on tire pour actionner le dispositif). Avec un doigt de robot, par exemple, on pourrait choisir l'ancrage au bout du doigt, avec un câble passant par le doigt et une languette de traction exposée à l'autre extrémité.

Xstrings prend également en charge diverses conceptions d'articulations en plaçant automatiquement des composants élastiques, souples ou mécaniques. Cela permet au câble de tourner selon les besoins tout en complétant le mouvement prévu du dispositif.

Des conceptions uniques pour la robotique, l'art et bien plus encore.

Une fois que les utilisateurs ont simulé leur plan numérique pour un objet à câble, ils peuvent lui donner vie grâce à la fabrication. Xstrings peut envoyer votre conception à une imprimante 3D par dépôt de fil fondu, où le plastique est fondu dans une buse avant que les filaments ne soient coulés pour construire les structures couche par couche.

Xstrings utilise cette technique pour disposer les câbles horizontalement et construire autour d'eux. Pour garantir que leur méthode imprimerait efficacement des mécanismes à câbles, les chercheurs ont soigneusement testé leurs matériaux et leurs conditions d'impression.

Par exemple, les chercheurs ont constaté que leurs cordes ne cassaient qu'après avoir été tirées de haut en bas par un dispositif mécanique plus de 60 000 fois. Lors d'un autre test, l'équipe a découvert qu'une impression à 260 degrés Celsius à une vitesse de 10 à 20 millimètres par seconde était idéale pour produire leurs nombreux objets créatifs.

« Le logiciel Xstrings permet de concrétiser une multitude d'idées », explique Jiaji Li. « Il permet de produire un robot bionique semblable à une main humaine, imitant nos propres capacités de préhension. On peut également créer des œuvres d'art interactives, comme une sculpture à câble aux géométries uniques, et des vêtements à rabats ajustables. Un jour, cette technologie pourrait permettre la création rapide et en une seule étape de robots à câble dans l'espace, même dans des environnements très confinés comme des stations spatiales ou des bases extraterrestres. »

L'approche de l'équipe offre une grande flexibilité et une nette amélioration de la vitesse de fabrication des objets à câbles. Elle crée des objets rigides à l'extérieur, mais souples et flexibles à l'intérieur ; à l'avenir, ils pourraient envisager de développer des objets souples à l'extérieur mais rigides à l'intérieur, à l'image de la peau et des os humains. Ils envisagent également d'utiliser des câbles plus résistants et, au lieu d'imprimer des fils horizontalement, d'en intégrer des inclinés, voire verticaux.

https://news.mit.edu/2025/xstrings-3d-printing-strings-together-dynamic-objects-0318