Une main robotique souple « voit » au-delà des angles pour obtenir un toucher semblable à celui d'un humain

Pour accomplir efficacement les tâches ménagères, assembler des produits et réaliser d'autres tâches manuelles, les robots doivent pouvoir adapter leurs stratégies de manipulation aux objets qu'ils manipulent, à l'instar des humains qui exploitent les informations tactiles. Tandis que les humains reçoivent ces informations par le biais des nerfs de leur peau et de leurs muscles, les robots s'appuient sur des capteurs, des dispositifs qui perçoivent leur environnement et captent des signaux physiques spécifiques.

La plupart des mains et pinces robotisées développées jusqu'à présent reposent sur des capteurs visuo-tactiles, des systèmes qui utilisent de petites caméras pour capturer des images, tout en détectant les déformations de surface résultant du contact avec des objets spécifiques.

L'une des principales limitations de ces capteurs réside dans la nécessité d'utiliser des matériaux rigides pour garantir la qualité des images capturées par les caméras. Cette contrainte réduit la flexibilité des robots qui les utilisent, rendant plus difficile la manipulation d'objets fragiles ou de formes irrégulières.

Des chercheurs de l'université du Zhejiang ont récemment présenté FlexiRay, une nouvelle main robotique capable de surmonter cette limitation grâce à la combinaison d'une structure mécanique innovante et d'algorithmes d'apprentissage profond.

La main robotique, présentée dans un article publié dans Nature Communications , est basée sur une structure flexible qui se courbe naturellement vers l'intérieur lorsqu'elle est comprimée, produisant des modèles de déformation qui sont ensuite analysés par un algorithme d'apprentissage profond.

« Ce travail s’inspire des remarquables capacités de la main humaine, qui associe une peau douce et souple à un système sensoriel complexe capable de percevoir simultanément la pression, la texture et la température », a déclaré Huixu Dong, auteur principal de l’article.

« Bien que les systèmes robotiques souples aient réalisé de grands progrès en matière de flexibilité structurelle (sécurité et adaptabilité), l’intégration de capteurs haute résolution dans ces corps souples a constitué un défi majeur. Notre objectif principal était de résoudre le problème de l’angle mort des capteurs souples. »

Interactions homme-robot. Crédit : Nature Communications (2025). DOI : 10.1038/s41467-025-67148-y

FlexiRay : une pince robotique inspirée de l'humain

En consultant la littérature existante sur la robotique, Dong et ses collègues ont constaté que la plupart des capteurs visuo-tactiles disponibles manquaient de flexibilité, car d'importantes déformations de surface pouvaient nuire au champ de vision des caméras intégrées. Ils ont donc entrepris de concevoir une pince alternative capable de détecter les objets avec une grande précision, même lorsqu'elle est fortement déformée, tordue ou courbée autour de ces objets.

« FlexiRay est un doigt robotique flexible qui "voit" ce qu'il touche », explique Dong. « Il est construit sur une structure bio-inspirée appelée effet de nageoire, qui lui permet d'envelopper passivement les objets comme une nageoire de poisson. Il fonctionne grâce à une caméra interne et un système optique unique à "miroirs multiples". »

En général, lorsqu'un doigt robotique souple se plie, il bloque le champ de vision des caméras intégrées. La pince développée par l'équipe, quant à elle, possède une architecture optique interne unique qui lui permet de rediriger dynamiquement le champ de vision de la caméra en fonction de la déformation passive de ses doigts.

« En résumé, la déformation mécanique du doigt amène le système optique à “voir autour” des angles », a déclaré Dong. « Cela permet à FlexiRay d’épouser la forme d’objets irréguliers (comme une nageoire de poisson) tout en conservant une vue continue et dégagée de la surface de contact. »

« Il transforme l’obstacle structurel, qui représente un frein, en un mécanisme fonctionnel permettant une détection à couverture complète. Sa « peau » est un coussinet multicouche contenant des matériaux thermochromiques (qui changent de couleur avec la chaleur) et réfléchissants. »

Le principal avantage de FlexiRay réside dans sa capacité à collecter avec fiabilité des informations visuelles et tactiles, même lorsqu'il est fabriqué à partir de matériaux très flexibles. Grâce à une simple caméra, la pince robotisée peut détecter avec précision la force appliquée, sa propre forme, le point de contact avec l'objet, ainsi que la texture et la température de ce dernier.

« Lors des premiers tests, notre main robotisée a atteint une couverture de détection efficace de plus de 90 % , même lors de déformations importantes », a déclaré Dong. « Le résultat le plus remarquable de nos travaux est le changement de paradigme opérant : on passe de la stratégie consistant à “éviter la déformation” à celle consistant à “exploiter la déformation”. Nous avons démontré qu’un doigt robotisé peut réaliser les grandes déformations passives nécessaires à une préhension sûre et souple sans compromettre la perception sensorielle. »

Démonstration de FlexiRay lors d'une tâche de préparation de thé à distance. Cette expérience teste comment les capacités de perception multimodale du capteur permettent au robot d'effectuer des téléopérations de longue durée tout en fournissant des retours d'information variés. Crédit : Nature Communications (2025). DOI : 10.1038/s41467-025-67148-y.

Permettre aux robots de manipuler les objets de manière plus fiable

La main robotique récemment mise au point a jusqu'à présent obtenu des résultats très prometteurs, soulignant son potentiel pour la manipulation d'objets et d'outils délicats, souvent difficiles à manipuler pour les robots. Le prototype de pince développé par l'équipe pourrait prochainement être amélioré ou intégré à d'autres composants afin de créer des systèmes adaptés à des applications concrètes spécifiques.

« Contrairement aux capteurs rigides qui ne perçoivent qu'une petite zone plane, FlexiRay offre une zone de détection effective massive car il épouse la forme de l'objet », a déclaré Dong.

« En convertissant d'importantes déformations structurelles en signaux optiques valides, nous avons réussi à reproduire cinq sens semblables à ceux de l'homme (force, localisation, texture, température et proprioception) dans un seul corps mou et robuste. »

À l'avenir, FlexiRay pourrait s'avérer avantageux pour la manipulation de divers objets du monde réel, allant des produits agricoles fragiles aux colis de formes irrégulières. Fabriqué à partir de matériaux plus souples que de nombreuses mains robotiques précédentes, il pourrait être plus sûr lorsqu'il est utilisé à proximité de personnes ou d'objets facilement endommageables.

« Actuellement, FlexiRay fonctionne comme une pince, mais nos recherches futures visent à étendre cette technologie à des mains robotiques à plusieurs doigts afin de permettre des manipulations encore plus complexes », a ajouté Dong.

« Nous prévoyons également d'intégrer ce matériel à des systèmes d'apprentissage par imitation . Cela permettrait aux robots d'apprendre la dextérité et la sécurité directement à partir de démonstrations humaines, en utilisant les riches données tactiles et thermiques fournies par FlexiRay pour mieux comprendre le monde physique. »

https://techxplore.com/news/2026-01-soft-robotic-corners-human.html