Le JSK Lab de l’université de Tokyo est spécialisé dans les robots humanoïdes musculo-squelettiques. © JSK Lab, University of Tokyo

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Kengoro, le robot qui transpire presque comme un humain

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Des chercheurs japonais ont mis au point un système de refroidissement intégré au squelette d'un robot humanoïde qui s'inspire de la sudation humaine. À l'instar d'une éponge, les parties en métal peuvent laisser l'eau suinter et s'évaporer à l'air libre pour refroidir les éléments mécaniques qui ont tendance à beaucoup chauffer.

Les robots sont capables d'accomplir des prouesses : marcher comme les humains, monter les escaliers avec aisance, courir, faire preuve d'un sacré sens de l’équilibre ou encore grimper au mur. Mais ces bijoux de technicité ont un défaut commun : leur mécanique et leur électronique chauffent fortement sous l'effet des contraintes imposées, ce qui provoque une usure accélérée de leurs composants. La plupart du temps, les roboticiens ont recours aux techniques de refroidissement les plus répandues dans l'industrie : des ventilateurs, des dissipateurs thermiques, du refroidissement liquide avec radiateur.

C'est efficace, mais cela ajoute du poids et crée des contraintes de design qui augmentent en fonction de la complexité des robots. C'est la raison pour laquelle une équipe de chercheurs du JSK Lab de l'université de Tokyo emmenée par le professeur Masayuki Inaba, à qui l'on doit le robot humanoïde Kenshiro, a décidé d'explorer une voie inédite : refroidir leur robot en le faisant transpirer comme un humain. Le défi n'était pas simple. Kengoro, c'est son nom, est un robot humanoïde musculo-squelettique mesurant 1,70 mètre de haut pour 56 kg et animé par pas moins de 108 moteurs ! Autant dire qu'il chauffe énormément. Mais son agencement est si complexe qu'il était impossible d'y intégrer un système de refroidissement classique.

Les chercheurs ont alors eu l'idée d'employer une technique d'évaporation inspirée de la sudation. Pour cela, ils ont eu recours à une technique d'impression 3D par frittage laser sélectif pour fabriquer un squelette en aluminium capable de « transpirer ». Plus précisément, en faisant varier la densité du laser, ils ont réussi à influer sur la perméabilité du métal afin de créer des structures proches de celle d'une éponge, susceptibles de laisser passer de l'eau. 

Le fait que le robot Kengoro puisse faire des pompes n’est pas un exploit en soi. C’est qu’il peut le faire sans risque de surchauffe de ses composants grâce à un système de refroidissement intégré à son squelette en aluminium. Les chercheurs du JSK Lab ont réussi à jouer sur la perméabilité du métal en se servant d’une technique d’impression 3D. © IEEE, JSK Lab, University of Tokyo

Le robot peut faire des pompes sans bruler ses moteurs

Chaque pièce en aluminium du squelette de Kengoro a ainsi été conçue avec des zones plus perméables chargées de diriger l'eau vers les points ayant besoin d'un refroidissement. Mais il fallait faire bien plus. Pour obtenir un véritable phénomène de transpiration et d'évaporation, l'équipe du professeur Inaba a créé plusieurs couches dont la porosité allait croissante jusqu'à la surface extérieure des pièces.

Résultat, le système ne se réduit pas à faire suinter de l'eau, il la canalise avec précision puis la filtre progressivement vers l'air libre afin de provoquer l'évaporation au contact des zones qui subissent une chauffe. Selon les essais effectués par le JSK Lab, cette méthode est trois fois plus efficace que le refroidissement par air et nettement meilleure qu'un refroidissement liquide par circulation d'eau à travers le squelette. Kengoro carbure avec l'équivalent d'une tasse d'eau déminéralisée. Grâce à ce système, il est capable d'enchainer les séries de pompes pendant onze minutes d'affilée sans surchauffer.

Cette innovation a fait l'objet d'une présentation lors de L'IROS (International Conference on Intelligent Robots and Systems), une conférence internationale qui s'est tenue mi-octobre 2016 en Corée du Sud. Pour le moment, le professeur Inaba et son équipe n'ont pas encore évoqué l'avenir qu'ils comptent donner à leur procédé qui trouverait probablement des applications au-delà de la robotique.