Un schéma illustrant l’OUT-Robot en action de préhension sous-marine
D’innombrables outils industriels et robots ont besoin de saisir des objets, et comme nous, humains, apprenons à saisir dès notre plus jeune âge, nous avons tendance à sous-estimer la complexité de cette action. Une prise trop ferme peut casser ou briser la charge ; une prise trop souple peut la faire glisser des doigts ou dépasser la capacité de levage. Les mains humaines présentent des avantages : des os rigides recouverts d’une peau et de muscles souples. Alors, comment un mécanisme rudimentaire peut-il se permettre de simplement soulever un objet ?
La solution réside dans le biomimétisme. De nombreux ingénieurs, soucieux d’améliorer la préhension, ont intégré le biomimétisme à leurs conceptions, s’inspirant notamment des gousses de graines , des trompes d’éléphant , des queues de homard (en utilisant d’ailleurs de véritables queues de homard) et, bien sûr, des tentacules de pieuvre . Dans leur article publié dans la revue Cyborg and Bionic Systems , des chercheurs de l’Université de Pékin, de l’Université nationale de Singapour, de l’Université du Zhejiang et de l’Institut de technologie de Pékin expliquent comment leur robot de transport ascendant inspiré de la pieuvre (OUT-Robot : Octopus-Inspired Upward Transport Robot) surpasse les systèmes de préhension précédents.
L’avantage du robot OUT réside dans sa capacité inédite à passer rapidement d’un état souple (en 1,3 seconde) à un état rigide (en 0,8 seconde). Grâce à ses six bras à rigidité modulable, le robot OUT imite la stratégie de préhension multimodale des céphalopodes, ce qui lui permet de trier et de saisir des objets de formes, de souplesses et de poids variés.
Fabriqués à partir d’un polymère à mémoire de forme (PMF) d’acide polylactique (le même plastique PLA que celui utilisé dans de nombreuses imprimantes 3D), les bras s’assouplissent sous l’effet de la tension électrique et deviennent rigides une fois le chauffage électrique interrompu. Ce passage rapide de l’état flexible à l’état rigide est rendu possible grâce à l’interface thermique à trois couches du robot OUT-Robot, qui optimise la forme et les matériaux du robot en interaction avec le milieu aqueux pour un refroidissement rapide.
Selon le professeur Xie Guangming de l’université de Pékin, chef de l’équipe de recherche internationale, les pinces SMP classiques nécessitent plusieurs dizaines de secondes pour le refroidissement par air, une performance nettement inférieure à celle du robot OUT-Robot. « La couche interne en silicone diffuse la chaleur uniformément, la couche externe fait office de barrière transitoire pendant le chauffage et l’eau environnante agit comme un dissipateur thermique actif pendant le refroidissement », explique Xie. « Notre temps de transition de rigidité est considérablement plus rapide que celui de tous les actionneurs décrits jusqu’à présent. »
À l’instar des véritables pieuvres, le robot OUT-Robot se déplace dans son environnement liquide en projetant des jets d’eau et en utilisant ses tentacules pour parcourir jusqu’à 70 cm en 55 secondes. Lorsque ces tentacules sont souples – et chacun peut fonctionner indépendamment selon un mode de préhension différent – ils peuvent s’agripper par succion ou par adhérence sur des surfaces irrégulières, en utilisant une pression positive pour propulser les bras avant que leur rigidité ne verrouille la prise sans apport d’énergie supplémentaire.
Comme l’explique Xie, « ce verrouillage de forme sans énergie révolutionne les missions sous-marines de longue durée ». Les expériences de son équipe confirment cette affirmation audacieuse : un tentacule en polymère à mémoire de forme (SMP) est environ 25 fois plus rigide qu’un bras classique, permettant aux six bras de l’OUT-Robot de dépasser 4 newtons (plus de 400 g). Dans un bassin de 2 mètres de profondeur, l’OUT-Robot a modulé sa flexibilité pour trier les débris au fond (rochers, bouteilles, coquilles Saint-Jacques et concombres de mer), retirer un filet de pêche léger de moins d’un gramme, prélever des échantillons biologiques fragiles et soulever une bouteille en verre. « Notre robot, explique Xie, peut manipuler des objets allant de débris extrêmement légers à des déchets solides lourds de plus de 500 grammes, le tout en une seule opération continue. »
Une fois que le robot OUT-Robot a fermement saisi sa cargaison, il utilise un système de contrôle actif de sa flottabilité en gonflant sa « tête » souple comme un ballon, ce qui permet une ascension verticale sans carburant et réduit considérablement la consommation d’énergie par rapport aux systèmes précédents qui consommaient de l’énergie en continu. « La phase de préhension consomme environ 75 joules pendant 1,3 seconde », explique Xie, « tandis que l’ascension qui suit ne consomme quasiment aucune énergie. »
Selon Xie, le robot OUT, opérant potentiellement en essaim, offre de nombreuses applications pour la protection, la restauration et la régénération des océans, ainsi que pour l’exploitation de leurs ressources. « Nous proposons une solution robuste, efficace et silencieuse pour protéger nos océans », affirme Xie, « une prise à la fois. »
