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La trompe d’éléphant, un excellent concept pour un robot

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Pour concevoir un bras robot, pourquoi ne pas prendre exemple sur la trompe d'éléphant, aux mouvements souples ? Festo, une entreprise allemande a concrétisé l'idée avec un système pneumatique. Cet industriel de l'automatisme a choisi de s'inspirer de la nature et a déjà réalisé... une méduse. La preuve en images.

Le bras-robot de Festo est inspiré de la trompe d’éléphant. Mais son principe (des muscles à air comprimé) et ses performances (500 grammes soulevés) sont loin de la belle réussite des proboscidiens… © Festo

Pour manipuler des objets de toutes sortes, le bras-robot a trouvé d'innombrables applications, jusqu'au Canadarm2 installé sur la Station spatiale internationale. En général, le principe est fidèle aux habitudes des mécaniciens : des bras réunis par des articulations. Si l'on parle biomécanique, le résultat est voisin de ce que la nature a mis au point chez les Vertébrés (avec leurs os internes aux membres) et chez les Arthropodes (avec leur squelette externe).

Ce concept a un défaut : le nombre d'articulations nécessaire. Pour chaque axe de mouvement, que l'on appelle un degré de liberté, il faut ajouter de la mécanique. La complexité et la fragilité de nos poignets et de nos épaules témoignent de la difficulté de réalisation... Sur un bras-robot, le poids augmente vite avec le nombre de degrés de liberté. Le Canadarm2, par exemple, a une masse de 1,8 tonne.

Le Bionic Handling Assistant. © Festo

Pourtant, un Vertébré bénéficie d'une prouesse mécanique sans équivalent : un bras sans os, flexible et préhensile. La trompe de l'éléphant, avec ses cent mille muscles, permet de saisir et de transporter des charges lourdes (près de 300 kilogrammes dit-on) sans aucune articulation.

Une société allemande, Festo, spécialiste de l'automatisme, s'en est inspirée pour réaliser un bras-robot d'un nouveau genre, baptisé Bionic Handling Assistant. Le résultat ferait sans doute sourire un éléphant mais l'innovation est réelle.


Une explication (muette mais avec des légendes en anglais) du Bionic Handling Assistant. La structure élémentaire (fabriquée par une technique d’impression 3D ou stéréolithographie) est constituée de trois chambres à air. L’injection ou l’aspiration d’air provoque un mouvement ou l’extension. Les mouvements du poignet (portant la main, ou gripper) sont obtenus de manière similaire. © Festo

500 grammes à bout de bras

Une série de petits boudins gonflables assurent les mouvements, commandés par de l'air comprimé. Le bras peut s'allonger, se rétracter et se déformer. À l'extrémité, une main à trois doigts est articulée par un poignet lui aussi constitué de chambres à air comprimé. Festo a imaginé un autre principe, inspiré, lui, des nageoires de poissons. L'ossature du bras est ici constituée de trois fines fibres souples qui, sélectivement avancées ou reculées, produisent le mouvement (une vidéo en anglais présente les deux types de bras-robots de Festo).

Le résultat semble prometteur. Pour un poids de 1,8 kilogramme, ce bras de 0,75 mètre soulève 500 grammes. L'utilisation d'air comprimé pour obtenir un mouvement n'est cependant pas une nouveauté. L'inconvénient de ce principe est le manque de précision par rapport aux systèmes mécaniques classiques. Dans le bras de Festo, des capteurs permettent semble-t-il un bon contrôle du mouvement puisqu'on voit la main saisir une pomme et même un œuf dans l'une des vidéos.


Aquajelly, la méduse-robot. Sans utilité réelle, cet engin nage comme son modèle biologique : en contractant symétriquement ses muscles. Il ne peut donc se déplacer que dans le plan vertical (sauf s’il y a du courant…). © Festo

Une autre particularité du bras est la méthode de fabrication des chambres, réalisées en polyamide directement par ordinateur. La technique est celle de l'impression 3D, ou stéréolithographie, qui consiste à polymériser une résine couche par couche pour fabriquer un objet. Le procédé est censé réduire le coût de fabrication.

Festo semble aimer la bionique puisque l'entreprise a également conçu Aquajelly, un robot sous-marin se déplaçant à la manière d'une méduse...

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