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13 Mar, 2023

Un nouveau matériau permet une percée dans le domaine de la « softbotique ».

Un nouveau matériau permet une percée dans le domaine de la « softbotique ».

Un escargot robotisé alimenté par un matériau auto-cicatrisant et conducteur d’électricité. Crédit : Collège d’ingénierie de l’université Carnegie Mellon

Les ingénieurs de l’université Carnegie Mellon ont mis au point un matériau souple doté d’une conductivité semblable à celle des métaux et de propriétés d’autoréparation, qui est le premier à conserver une adhérence électrique suffisante pour supporter l’électronique numérique et les moteurs. Cette avancée, publiée dans Nature Electronics, marque une percée dans la softbotique et dans les domaines de la robotique, de l’électronique et de la médecine.

À l’université Carnegie Mellon, la softbotique représente une nouvelle génération de machines et de robots souples fabriqués à partir de matériaux multifonctionnels qui intègrent la détection, l’actionnement et l’intelligence.

L’équipe de recherche a présenté le matériau, un composite organogel rempli de métal liquide, doté d’une conductivité électrique élevée, d’une faible rigidité, d’une grande extensibilité et de propriétés d’autocicatrisation dans trois applications :

  • robot résistant aux dommages inspiré des escargots
  • circuit modulaire pour alimenter une voiture jouet
  • une bioélectrode reconfigurable pour mesurer l’activité musculaire à différents endroits du corps.

« Il s’agit du premier matériau souple capable de maintenir une adhérence électrique suffisamment élevée pour supporter l’électronique numérique et les appareils gourmands en énergie », a déclaré l’auteur principal, Carmel Majidi, professeur de génie mécanique. « Nous avons démontré qu’il était possible d’alimenter des moteurs avec ce matériau.

Le matériau est présenté dans trois démonstrations : un robot résistant aux dommages inspiré des escargots, un circuit modulaire pour alimenter une voiture jouet et une bioélectrode reconfigurable pour mesurer l’activité musculaire à différents endroits du corps. Crédit : Collège d’ingénierie de l’université Carnegie Mellon

Le robot-escargot, qui n’est pas attaché, utilise un matériau conducteur auto-cicatrisant sur son extérieur souple, qui est équipé d’une batterie et d’un moteur électrique pour contrôler les mouvements. Au cours de la démonstration, l’équipe a sectionné le matériau conducteur et a vu sa vitesse chuter de plus de 50 %. Grâce à ses propriétés d’autoréparation, lorsque le matériau a été reconnecté manuellement, le robot a rétabli sa connexion électrique et retrouvé 68 % de sa vitesse initiale.

Le matériau peut également servir de bloc de construction modulaire pour des circuits reconfigurables. Dans leur démonstration, un morceau de gel reliait initialement la voiture jouet à un moteur. Lorsque l’équipe a divisé ce gel en trois sections et en a connecté une à une LED montée sur le toit, elle a pu rétablir la connexion de la voiture au moteur à l’aide des deux sections restantes.

« Dans la pratique, il y aura des cas où l’on voudra réutiliser et recycler ces gels électroniques dans différentes configurations, et notre démonstration de voiture-jouet montre que c’est possible », a expliqué Carmel Majidi.

Enfin, l’équipe a démontré la capacité du matériau à être reconfiguré pour obtenir des relevés électromyographiques (EMG) à différents endroits du corps. Grâce à sa conception modulaire, l’organogel peut être reconfiguré pour mesurer l’activité de la main sur les muscles antérieurs de l’avant-bras et à l’arrière de la jambe pour mesurer l’activité du mollet. Cela ouvre la voie à des interfaces tissu-électronique telles que les EMG et les électrocardiogrammes utilisant des matériaux souples et réutilisables.

« La softbotique consiste à intégrer de manière transparente la robotique dans la vie de tous les jours, en plaçant l’homme au centre », précise Carmel Majidi. « Au lieu d’être connecté à des électrodes de biosurveillance reliant les patients à du matériel de mesure biologique monté sur un chariot, notre gel peut être utilisé comme une bioélectrode qui s’interface directement avec l’électronique corporelle capable de collecter des informations et de les transmettre sans fil.

À l’avenir, Carmel Majidi espère associer ses travaux sur les tissus nerveux artificiels à ses recherches sur les muscles artificiels afin de construire des robots entièrement constitués de matériaux souples ressemblant à des gels.

« Il serait intéressant de voir des robots à corps mou utilisés pour surveiller des endroits difficiles d’accès. Qu’il s’agisse d’un escargot qui pourrait surveiller la qualité de l’eau ou d’une limace qui pourrait ramper dans nos maisons à la recherche de moisissures.

https://www.cmu.edu/news/stories/archives/2023/march/softbotics-breakthrough.html