Des chercheurs de Harvard construisent une pieuvre pneumatique

Décrivant leurs travaux dans la revue Nature, les chercheurs ont déclaré que la robotique douce pourrait révolutionner la manière dont les humains interagissent avec les machines. Les efforts précédents pour construire des robots entièrement conformes ont rencontré des obstacles. D'autres robots à corps mou abritaient des sources d'alimentation rigides ou étaient reliés à des systèmes électriques ou pneumatiques externes.

«Une vision de longue date dans le domaine de la robotique douce a été de créer des robots entièrement mous, mais la difficulté a toujours été de remplacer des composants rigides tels que les batteries et les commandes électroniques par des systèmes analogues souples, puis de tout assembler», a déclaré Robert Wood, professeur à l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de Harvard John A. Paulson. «Cette recherche démontre que nous pouvons facilement fabriquer les composants clés d’un robot simple et entièrement souple, qui jettent les bases de conceptions plus complexes.»

L'appareil, qui mesure environ 7 cm de large et a la forme d'une petite pieuvre, est constitué de gels de silicone de différentes duretés. L’octobre de Harvard est «pneumatique», alimenté par un gaz sous pression, mais pas par de l’air comprimé. Au lieu de cela, une petite quantité de solution de peroxyde d'hydrogène à 50% dans une pile à combustible réagit avec un catalyseur au platine et transforme le liquide en une grande quantité de gaz, qui s'écoule dans les bras de l'octobre et gonfle les compartiments à l'intérieur des huit membres distincts. Par la suite, la ventilation dégage les bras dans leur position initiale.

L’octobre ne repose pas sur des contrôles électroniques. Au lieu de cela, les chercheurs ont utilisé la logique microfluidique comme contrôleur souple et une méthode d'impression 3D intégrée multi-matériaux pour la fabrication de réseaux pneumatiques dans un corps de robot moulé en élastomère. Une approche d'assemblage hybride a permis à l'équipe d'utiliser la lithographie douce, le moulage et l'impression 3D pour fabriquer rapidement une gamme de matériaux et d'éléments fonctionnels nécessaires au fonctionnement autonome et non attaché d'un robot doux.

Un système de clapets anti-retour et de vannes de commutation dans le contrôleur logiciel régule le débit de fluide dans et à travers le système. Des canaux d'écoulement d'une largeur de quelques centaines de microns seulement sont configurés dans le contrôleur logiciel. Comme analogie électrique, les clapets anti-retour, les réservoirs de carburant, les oscillateurs, les chambres de réaction, les actionneurs et les orifices de ventilation s'apparentent à des diodes, des condensateurs d'alimentation, des oscillateurs électriques, des amplificateurs, des condensateurs et des résistances de protection, respectivement.

Pour commencer à fonctionner, 0,5 ml de carburant est infusé via une pompe à seringue dans chacun des deux réservoirs de carburant. Les réservoirs de carburant se dilatent élastiquement jusqu'à une pression d'environ 50 kPa, forçant le carburant dans l'oscillateur. L'oscillateur comprend un système de vannes d'arrêt et de retenue qui acheminent le carburant en alternance dans les chambres de réaction chargées de platine, où il se décompose rapidement. Les clapets anti-retour situés en aval empêchent le gaz sous pression résultant de retourner dans le contrôleur progressif, qui s'écoule vers les actionneurs. La pression de gaz dévie les actionneurs et s'échappe dans l'atmosphère par un orifice de ventilation. Lors de la purge, le flux de carburant dans une chambre de réaction s'arrête et le flux dans l'autre commence, initiant une séquence similaire dans l'autre réseau de chambre catalytique et d'actionneur en aval.

La simplicité du processus d'assemblage ouvre la voie à des conceptions plus complexes, a déclaré Ryan Truby, étudiant diplômé et co-auteur du document. Ensuite, l’équipe de Harvard espère concevoir une pieuvre pneumatique capable de ramper, de nager et d’interagir avec son environnement. Un jour, des robots logiciels pourraient être utilisés pour des opérations chirurgicales ou pour insérer des outils ou des caméras dans des endroits difficiles d’accès.