Une grenouille robotique imprimée en 3D nage grâce à six muscles artificiels alimentés par la lumière.
La rédaction ·
Cecilie Ryberg (à gauche), doctorante, a conçu et imprimé en 3D une petite grenouille robotique plate dotée de muscles artificiels, en une seule étape d'impression. La professeure Brigitte Städler a dirigé ce projet de recherche. Crédit : Peter F. Gammelby, Université d'Aarhus
Une petite grenouille robotique mise au point à l'université d'Aarhus peut nager grâce à six muscles artificiels activés par la lumière. Cette prouesse repose sur une approche systématique qui pourrait aider les chercheurs à développer des muscles pour la prochaine génération de robots souples.
Elle ne possède ni moteur, ni piles, ni fils. Pourtant, une petite grenouille créée à l'aide d'une imprimante 3D par Cecilie Ryberg, doctorante au département de chimie de l'université d'Aarhus, est capable de nager à la surface de l'eau.
Elle n'est pas particulièrement rapide. Lors d'expériences en laboratoire, elle a parcouru 8 centimètres en près de deux minutes. Mais ce qui rend cette grenouille intéressante, c'est sa façon de se déplacer.
Il utilise six muscles artificiels qui fonctionnent ensemble pour actionner ses pattes, repoussant l'eau vers l'arrière.
Ces muscles sont composés d' élastomères à cristaux liquides qui se contractent sous l'effet de la chaleur et reprennent leur forme initiale en refroidissant. Les chercheurs y ont ajouté une molécule qui absorbe la lumière proche infrarouge et la convertit en chaleur, ce qui leur permet d'activer les muscles à l'aide d'une lampe.
« Faire travailler ensemble les six muscles a été un défi majeur. S’ils ne se contractent pas de manière coordonnée, la grenouille ne nagera pas vers l’avant. Elle risque simplement de tourner sur elle-même », explique Brigitte Städler, professeure au département de chimie de l’université d’Aarhus, qui a dirigé le projet de recherche.
L'article est publié dans la revue Advanced Materials Technologies .
Une grenouille robotique imprimée en 3D nage à la surface de l'eau grâce à six muscles artificiels activés par la lumière proche infrarouge. Les zones sombres sur les pattes de la grenouille représentent ces muscles. Lorsqu'ils sont éclairés, ils se contractent et produisent des mouvements coordonnés qui propulsent la grenouille vers l'avant. Crédit : Cecilie Ryberg, Université d'Aarhus
Muscles artificiels en poche à douille
D'autres chercheurs ont déjà mis au point des robots souples capables de se déplacer sans fil. L'avancée scientifique de l'étude de l'Université d'Aarhus réside dans l'examen systématique de l'influence de la modification de la composition chimique des élastomères à cristaux liquides sur leur aptitude à l'impression 3D et leur réaction à la chaleur, et sur la manière dont ces propriétés se traduisent par des mouvements robotiques.
« Avec une imprimante 3D classique, on fait généralement fondre un filament de plastique solide. Notre matériau ressemble davantage à un sirop très épais ou à un glaçage qu'on utilise avec une poche à douille pour décorer un gâteau. Nous utilisons simplement une imprimante pour déposer le matériau précisément où nous le souhaitons », explique Ryberg.
Essais sur les baleines et les grenouilles
La mise au point de muscles artificiels adaptés à l'impression 3D ne se limite pas à trouver des matériaux contractiles ; ils doivent également présenter la consistance adéquate.
Ryberg a donc étudié de manière systématique comment différents ingrédients moléculaires et longueurs de chaîne affectent à la fois les propriétés d'impression des encres et les mouvements des muscles finis.
Ces résultats offrent aux autres chercheurs des indications plus claires pour le choix des matériaux destinés aux muscles artificiels, ce qui pourrait réduire la quantité d'essais et d'erreurs nécessaires.
Pour illustrer leur approche, Ryberg a créé deux robots nageurs. L'un ressemble à une baleine, propulsée par un seul muscle qui fait onduler sa queue. L'autre est une grenouille, dont les six muscles travaillent de concert pour assurer sa progression.
La baleine et la grenouille possèdent toutes deux un corps en silicone souple, que les chercheurs ont imprimé en 3D en même temps que les muscles artificiels. Ils ont également mis au point une méthode chimique pour lier les deux matériaux.
C’est important car même le meilleur muscle artificiel est peu utile si son mouvement ne peut pas être transmis au reste du corps.
Du laboratoire à la salle de jeux ?
Les chercheurs envisagent que des robots souples de ce type pourraient à terme être utilisés pour des applications telles que la surveillance environnementale et les opérations de recherche et de sauvetage, atteignant potentiellement des endroits inaccessibles aux robots rigides classiques.
Cependant, leurs modèles actuels nécessitent encore une source de lumière externe et ne peuvent pas encore se déplacer de manière autonome autour des obstacles.
Et si cette technologie finit par sortir du laboratoire, sa première application pourrait être considérablement moins ambitieuse que les missions de sauvetage.
« J’imagine très bien ces robots utilisés comme jouets avant de les voir participer à des missions de sauvetage. Je pense que les gens s’amuseraient à jouer avec une grenouille comme celle-ci, équipée d’une source de lumière appropriée », déclare Ryberg.
https://dx.doi.org/10.1002/admt.71401
https://bioengineer.org/aarhus-university-3d-prints-light-driven-swimming-frog-robot/
Source : eurekalert.org