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Un robot-araignée qui se déplace sur son propre fil

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Un groupe de chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Zurich, en Suisse, a développé un robot-araignée capable de se déplacer dans le vide à la verticale le long d'un fil solide qu'il fabrique à partir d'une colle thermoplastique. Ce type de robots pourrait servir à l'exploration extraterrestre en s'adaptant à des terrains changeants. LiYu Wang, l'un des membres de l'équipe, a expliqué à Futura-Sciences comment le projet va évoluer pour se rapprocher encore un peu plus des arachnides.

Le robot-araignée développé à l’École polytechnique fédérale de Zurich se déplace à la verticale le long d’un fil solide. Il fabrique celui-ci au fur et à mesure à partir de bâtonnets de colle thermoplastique qui est chauffée, puis étirée. Il peut transporter des charges utiles allant jusqu’à 10,9 kg dans sa configuration actuelle. © Utku Culha, Bio-Inspired Robotics Laboratory, EPFZ

Futura-Sciences s'intéresse régulièrement aux projets de robotique qui s'inspirent de la nature, autrement dit au biomimétisme. Ainsi avons-nous récemment évoqué le robot sous-marin qui nage comme une tortue de mer, des muscles artificiels capables de soulever 80 fois leur poids, des robots nettoyeurs imitant un essaim d'abeilles, un robot sauteur doté d'une queue pour se diriger, ou encore le drone qui se pose contre les murs en imitant l'écureuil volant.

Cette liste (non exhaustive) s'enrichit d'une nouvelle expérience réalisée par l'École polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ). Une équipe de chercheurs du Bio-Inspired Robotics Laboratory (BIRL) vient de dévoiler un robot-araignée qui produit lui-même un fil en plastique dont il se sert pour se déplacer dans le vide, à la verticale. Dans leur article scientifique publié dans la revue Bioinspiration & Biomimetics, ils expliquent que l'intérêt de cette innovation est qu'elle peut servir à développer des robots hybrides à la fois terrestres et aériens capables de transporter des charges utiles. L'autre avantage du système est que le robot adapte l'épaisseur du fil en fonction du poids qu'il transporte.

Dans cette vidéo réalisée par l’équipe du Bio-Inspired Robotics Laboratory de l’École polytechnique fédérale de Zurich, on observe le robot-araignée effectuer une descente le long de son fil en thermoplastique qu’il tisse au fur et à mesure. Des essais ont été effectués pour réaliser des fils horizontaux, et les chercheurs envisagent de faire évoluer leur robot afin qu’il puisse créer une véritable toile. © IOP Press, Bio-Inspired Robotics Laboratory, EPFZ, YouTube

Un fil en colle thermoplastique

La gageure technique avec laquelle l'équipe du BIRL a dû composer consistait à faire en sorte que le robot fabrique son fil tout en se déplaçant avec pour seul support physique le fil lui-même. Il a donc fallu concevoir un système autonome capable de produire le fil associé à un mécanisme pour le déplacement et le guidage. Le robot pèse 185 grammes pour 18 cm de hauteur, 5 de largeur et 3 d'épaisseur. « La partie mécanique comprend des mécanismes d'extrusion et de pultrusion [de production du fil en polymère, NDLR] », explique LiYu Wang, l'un des chercheurs impliqués dans le projet, qui est par ailleurs membre de l'IET (Institution of Engineering and Technology). La technologie utilise de la colle thermoplastique en bâtonnet, la même que celle que l'on emploie pour des travaux de bricolage. La colle est chauffée entre 65 et 75 °C pour être extrudée à travers une buse dans un processus qui ressemble à la sécrétion que l'araignée produit par sa glande ampullaire. Une seconde phase dite de pultrusion voit la colle être filée par étirement, puis se solidifier au contact de l'air selon la loi de Newton sur la thermodynamique.

Le robot est actionné par deux moteurs. Le premier sert à pousser le bâtonnet de colle à travers le système de chauffage et la buse sur un axe linéaire via un système de vis à bille. Le second moteur actionne le mécanisme de « déformation-locomotion », qui consiste en deux roues de 12 mm de diamètre qui vont à la fois étirer le fil tout en faisant coulisser le robot au fur et à mesure. Le tout est géré par un microcontrôleur Arduino Pro Mini et alimenté par deux batteries lithium-ion. Dans sa configuration actuelle, le robot peut transporter une charge maximale de 10,9 kg en se déplaçant à 12 cm par minute.

Le robot qui tisse une toile comme l’araignée

« L'avantage de notre technologie réside dans sa flexibilité, qui permet d'ajuster l'épaisseur du fil de manière à ce que le robot puisse s'adapter à différentes charges tout en restant autosuffisant », souligne LiYu Wang. Il nous confirme également que le système pourrait être reproduit sur des robots plus grands en adaptant la configuration extrusion-pultrusion en conséquence. La prochaine étape pour l'équipe du BIRL consiste à remplacer les roues par des jambes, afin que le robot puisse se déplacer sur une surface solide, mais aussi pour passer d'un fil à l'autre, comme une araignée sur sa toile.

Les chercheurs estiment que la solution serait de créer des pattes s'inspirant du gecko, avec des tampons adhésifs pour assurer l'accroche. Grâce à cela, le robot pourrait alors tisser une toile en formant des fils verticaux puis horizontaux sur lesquels il pourrait ensuite se déplacer. LiYu Wang précise que des tests de fabrication à l'horizontale ont déjà été menés avec succès. Il ajoute qu'il est également prévu de « développer un système d'arrimage automatique sur les surfaces solides, améliorer la vitesse et le refroidissement, utiliser d'autres matériaux, peut-être des biomatériaux qui ne nécessiteraient pas de refroidissement ». Reste à trouver des débouchés pour cette innovation. « La technologie n'a pas d'application immédiate pour le quotidien, mais elle pourrait servir pour le transport sur des planètes extraterrestres»