Gant à capteurs mécaniques. Crédit : Science Advances (2026). DOI : 10.1126/sciadv.aeb8052
Fabriqués à partir de matériaux souples et adaptables, les robots mous trouvent des applications de plus en plus importantes, de la chirurgie mini-invasive à l’exploration des grands fonds marins, mais leur développement reste freiné par une contrainte fondamentale. Pour percevoir leur environnement et y réagir, la plupart des robots mous s’appuient sur des capteurs électroniques, des circuits de traitement du signal et des actionneurs motorisés distincts, le tout coordonné par ordinateur. Cette chaîne de composants alourdit le robot, complexifie sa conception et augmente les risques de panne, notamment dans des environnements humides, chauds ou sous haute pression où l’électronique est particulièrement vulnérable aux perturbations.
Une équipe de recherche du Collège de design et d’ingénierie de l’Université nationale de Singapour (NUS CDE) a mis au point un capteur de force souple mécanique qui élimine complètement la chaîne électronique traditionnelle. Ce capteur convertit directement une force appliquée en un flux de fluide qui actionne des actionneurs, créant ainsi une boucle complète de détection à action sans calcul ni énergie externe. Cette approche pourrait permettre de concevoir des robots souples plus simples à construire et capables de fonctionner dans des environnements où l’électronique conventionnelle est compromise.
Le professeur Benjamin Tee du département de science et d’ingénierie des matériaux et la professeure Cecilia Laschi du département de génie mécanique, tous deux du NUS CDE, ont dirigé l’étude, qui a été publiée dans Science Advances le 8 juillet 2026. Leur capteur, appelé ME-SOFS (capteur de force mécanique souple), utilise une structure purement mécanique pour détecter et séparer les forces multiaxiales et les convertir directement en actionnement fluidique.
Conception et principe de fonctionnement du ME-SOFS pour la détection de force multiaxiale et l’actionnement coordonné. Crédit : Science Advances (2026). DOI : 10.1126/sciadv.aeb8052
Fonctionnement du capteur
ME-SOFS est une structure souple et poreuse imprimée en 3D, construite autour d’un pilier central relié à cinq chambres adjacentes remplies de fluide. Quatre de ces chambres sont disposées horizontalement, la cinquième verticalement. Lorsqu’une force est appliquée, le pilier s’incline dans la direction correspondante, comprimant les chambres et propulsant le fluide, via des tubes souples, vers des actionneurs situés à l’autre extrémité. Chaque chambre réagit indépendamment, et le capteur peut détecter et distinguer les forces selon trois directions : horizontale, latérale et verticale.
La pression exercée sur le capteur se traduit par un mouvement de fluide, lequel devient une action, sans conversion électronique intermédiaire. Pour générer un signal électrique exploitable en parallèle de cette sortie mécanique, l’équipe a intégré un circuit passif : le fluide déplacé actionne de petits aimants devant des arcs métalliques imprimés en 3D, et la variation du flux magnétique induit des impulsions de tension – le même principe qui permet à une dynamo de vélo de produire de l’électricité grâce à la rotation de la roue. Le nombre d’impulsions correspond directement à l’intensité de la force appliquée, fournissant ainsi une mesure directe sans nécessiter d’électronique alimentée.
Comme la conception du capteur est définie par des paramètres géométriques ajustables, principalement le diamètre du trou, l’épaisseur de la pente et l’angle de pente de la mousse centrale, sa sensibilité peut être adaptée à différentes tâches simplement en modifiant le plan imprimé en 3D.
« Nous avons adopté une approche inédite, inspirée par la capacité de la nature à adapter les capteurs tactiles à de nombreux environnements grâce à des cellules, composées essentiellement de fluides. Nous nous sommes demandé si un canal rempli de fluide pouvait non seulement détecter le toucher, mais aussi fournir un retour tactile direct à une autre personne. Il s’avère que cette architecture est extrêmement robuste et peut servir à entraîner des robots pour des applications d’IA physique », a déclaré Tee.
Vérification fonctionnelle du ME-SOFS. Crédit : Science Advances (2026). DOI : 10.1126/sciadv.aeb8052
Très polyvalent
Pour démontrer la polyvalence du capteur, l’équipe l’a intégré à plusieurs plateformes robotiques. Un gant souple, doté de cinq unités ME-SOFS miniaturisées, chacune de la taille d’un petit pois, a été imprimé en 3D en une seule étape, à partir d’un matériau unique et sans assemblage manuel. Porté sur la main, le gant a détecté les forces de préhension au bout de chaque doigt et a prédit le poids des objets tenus, ouvrant la voie à des applications dans le domaine des prothèses et de l’interaction homme-machine.
L’équipe a également connecté le capteur à un coussinet haptique souple porté au bout des doigts, créant ainsi un système de retour tactile. Un opérateur, les yeux bandés, contrôlait la préhension d’un bras robotisé par le seul toucher : la force détectée au niveau de la pince était transmise sous forme de pression fluide au coussinet, permettant à l’opérateur de ressentir directement la fermeté de la prise en main de divers objets, allant d’un œuf à des blocs de bois en passant par une bouteille d’eau à moitié pleine. Les signaux enregistrés lors d’une préhension réussie étaient ensuite reproduits pour apprendre au robot à reproduire le mouvement de manière autonome, démontrant ainsi comment le capteur peut à la fois retransmettre le toucher en temps réel et collecter des données pour un entraînement ultérieur.
La même boucle de détection et d’action a également permis de diriger des gouttelettes de liquide individuelles à travers un contrôleur de fluide miniature sans aucun logiciel — ce qui est pertinent pour les diagnostics médicaux portables — et d’actionner un ensemble de structures flexibles semblables à des cheveux qui se courbaient en fonction de la direction et de la force de la force détectée.
L’interface homme-machine haptique basée sur ME-SOFS accélère l’apprentissage robotique pour les tâches de préhension. Crédit : Science Advances (2026). DOI : 10.1126/sciadv.aeb8052
Le capteur ME-SOFS a conservé des performances stables dans l’eau chaude (90 °C) et sous une pression élevée équivalente à une profondeur d’environ 11 mètres. Ses canaux fluidiques ouverts s’équilibrent avec la pression de l’eau environnante, de sorte que le capteur mesure uniquement la force appliquée, et non les conditions ambiantes. Dépourvu de composants électroniques, il est insensible aux interférences électromagnétiques susceptibles de perturber les capteurs conventionnels.
« Ce travail constitue un exemple frappant de la façon dont le corps physique peut produire un comportement sensori-moteur sans avoir besoin d’un système de contrôle, ce que l’on peut considérer comme une analogie avec le système nerveux en biologie. Cette forme d’intelligence incarnée, c’est-à-dire l’intelligence mécanique inscrite dans le corps lui-même, est largement observée dans la nature, à travers les espèces et les règnes », a déclaré Laschi.
Les travaux futurs porteront sur l’exploration de diverses applications, grâce à l’adaptabilité du système en termes de force d’actionnement et de miniaturisation. Une boucle directe de détection et d’actionnement pourrait être intégrée de manière transparente au corps du robot souple, permettant à un agent intelligent d’adopter un comportement quasi instinctif lors d’interactions dynamiques. Les signaux dynamiques générés par ME-SOFS contiennent également des informations plus riches sur les forces appliquées que le simple comptage d’impulsions, ce qui peut être exploité pour une détection plus nuancée lors d’interactions robotiques complexes.
Détection de la préhension de différents objets à l’aide d’un gant souple équipé de capteurs mécaniques. Crédit : Science Advances (2026). DOI : 10.1126/sciadv.aeb8052
Le Dr Yang Kelu, co-premier auteur et chercheur au Département de science et génie des matériaux, explique : « En convertissant directement la force en action, sans recourir à l’électronique ni à une unité de traitement, le système ME-SOFS offre un large éventail d’applications potentielles. En formation médicale, il permettrait aux apprenants de ressentir la même force qu’un expert lors d’un mouvement complexe. Dans le domaine de l’assistance robotisée aux personnes âgées, il pourrait permettre à un bras robotisé de réagir de façon quasi réflexe, en détectant une augmentation soudaine de la charge lors d’une chute et en fournissant immédiatement un soutien plus important. Cette réponse directe, de la détection à l’action, rend le système particulièrement prometteur pour les robots souples qui doivent interagir en toute sécurité avec les personnes. »
