Une pince robotisée s'inspire des gousses de graines pour améliorer une excellente idée
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Le drone utilisé dans l'étude, photographié ici, traîne simplement dans les parages Haijun Peng
Depuis quelque temps, on entend parler de dispositifs « bistables », capables de rester dans l'un ou l'autre de ces deux états sans dépenser d'énergie. Un nouveau dispositif, inspiré des gousses de graines de plantes, prend la forme d'une pince robotisée, robuste mais facile à activer.
En termes simples, les dispositifs bistables sont des gadgets tendus capables de basculer entre deux états stables, mais ils ne nécessitent aucune alimentation pour rester dans l'un ou l'autre de ces états.
Les pinces à cheveux en métal sont un bon exemple quotidien, même si nous avons également vu cette technologie utilisée dans des objets comme des mini-raies manta mécaniques , des tubes structurels à plat et des pinces robotisées non motorisées qui saisissent des objets au contact.
Dans ce dernier cas, vous ne souhaitez pas avoir à appliquer une forte pression pour déclencher l'action de préhension. Cela signifie que vous souhaitez que la pince ait une faible « barrière énergétique ».
Le problème est que les dispositifs bistables dotés de barrières à faible énergie n'ont généralement pas la force nécessaire pour maintenir les objets qu'ils saisissent. Autrement dit, ils risquent de perdre leur adhérence sur des objets lourds ou soumis à des forces extérieures.
Il est nécessaire de disposer d'une pince dotée d'une faible barrière énergétique lors de la saisie initiale d'un objet, mais qui augmente cette barrière une fois l'objet saisi. Au moment de relâcher l'objet, la barrière énergétique est à nouveau abaissée.
C'est avec cette exigence à l'esprit qu'une équipe de scientifiques chinois s'est penchée sur les gousses bistables de la plante impatiens qui produisent des graines .
Tant que les graines contenues dans les gousses sont immatures et pas prêtes à être dispersées, celles-ci maintiennent une barrière énergétique élevée, ce qui les rend difficiles à déclencher. Cependant, une fois les graines arrivées à maturité, cette barrière énergétique s'affaiblit. Ainsi, la pression d'une goutte de pluie suffit à propulser les graines dans le sol environnant.
Un schéma de la pince bistable bio-inspirée. Dr Jinzhao Yang de l'Université Sun Yat-Sen, Dr Jianing Wu de l'Université Sun Yat-Sen et Dr Haijun Peng de l'Université de technologie de Dalian, Chine
La pince, inspirée des gousses d'impatiens, intègre deux doigts de préhension, dont la partie inférieure est reliée à chaque extrémité d'une poutre élastique. Les deux pinces reliant les doigts à la poutre sont elles-mêmes reliées à un arbre motorisé rotatif.
Dans l'état neutre par défaut de la pince, la poutre est plate et non tendue. Cependant, lorsqu'il s'agit de saisir un objet, les axes tournent, ce qui provoque une légère courbure de la poutre vers le haut. La poutre est alors tendue et bistable, avec une barrière à faible énergie.
Par conséquent, lorsque la pince est placée autour d'un objet – et que cet objet appuie contre la poutre courbée vers le haut – elle provoque l'orientation de la poutre dans une orientation courbée vers le bas, attirant les doigts autour de l'objet.
Une fois cette opération terminée, les axes sont tournés dans le sens inverse, ce qui provoque une courbure encore plus prononcée de la poutre. Cela augmente sa barrière énergétique, renforçant et sécurisant la prise du préhenseur sur l'objet.
Lors d'une démonstration de cette technologie, l'une des pinces a été installée au sommet d'un drone quadricoptère, permettant à l'appareil de se suspendre aux branches d'arbres, aux rampes, etc., au lieu de rester en vol stationnaire. Bien que le moteur de la poutre ait consommé une certaine énergie pour ajuster la tension de la poutre, aucune puissance n'a été nécessaire pour maintenir les objets en place. Ce ne serait pas le cas avec une pince classique.
Les gousses de graines de la plante impatiens projettent les graines sur le sol, mais pas avant qu'elles ne soient prêtes à germer. Teemu Mäki/CC 3.0
« Grâce à sa réactivité, ses forces d'interaction programmables et sa conception simple mais efficace, notre pince robotisée ouvre de nouvelles perspectives pour les systèmes robotiques de nouvelle génération », déclare le Dr Jianing Wu de l'Université Sun Yat-Sen, qui a dirigé le projet avec le Dr Haijun Peng de l'Université de technologie de Dalian. « Ce mécanisme unique permet d'étendre considérablement les fonctionnalités des robots pour diverses applications. »