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Vers des robots qui changent de forme

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La robotique souple est une voie prometteuse pour un grand nombre d'applications, notamment médicales. Des chercheurs du MIT ont créé un matériau à changement de phase qui passe d'un état souple à rigide selon qu'il est chauffé ou refroidi. Il pourrait servir à créer des robots susceptibles d'adapter leur forme à leur environnement pour circuler dans des endroits exigus ou fragiles.

Ces structures en 3D sont faites avec le matériau à changement de forme créé par le MIT. Il est à base de mousse de polyuréthane enrobée de cire. La structure de gauche est dans son état solide après avoir adopté la forme voulue. La structure de droite est dans son état souple qui lui permet d’épouser les formes. © Massachusetts Institute of Technology

Dans le film Terminator 2, un robot ennemi est capable de se liquéfier pour changer de forme et de s'autoréparer. Si une telle prouesse reste encore du domaine de la fiction, une équipe de scientifiques du MIT (Massachusetts Institute of Technology) a mis au point un matériau à changement de phase qui évoque ce principe. Il peut sur commande basculer entre deux états, l'un souple et l'autre rigide, et pourrait être utilisé pour fabriquer des robots capables d'adapter leur forme à l'environnement qu'ils rencontrent. De tels robots pourraient notamment servir lors de missions de sauvetage pour se déplacer à travers des décombres. Dans le domaine médical, ce type d'engin pourrait circuler dans certaines parties du corps en s'adaptant aux organes et vaisseaux qu'il rencontre.

Le matériau en question est un mélange de mousse de polyuréthane enrobée de cire. Les chercheurs ont plongé la mousse dans un bain de cire liquide et l'ont pressée, comme une éponge, afin qu'elle s'imprègne. Un procédé simple et peu onéreux. Lorsque la cire est chauffée, la structure devient souple puis elle reprend sa forme lorsque la cire se solidifie. Le matériau a été testé via plusieurs structures en 3D fabriquées avec une imprimante. Ces travaux ont fait l'objet d'une publication dans la revue Macromolecular Materials and Engineering.

Dans cette capture extraite d’une vidéo de démonstration tournée par le MIT, on aperçoit la structure 3D fabriquée avec le matériau à changement de forme. Chauffé (heated), il devient souple et s’adapte à son environnement. Lorsqu’il est refroidi (unheated), il retrouve sa rigidité. Un robot conçu avec ce matériau pourrait jouer sur ces deux états pour circuler dans des endroits exigus ou fragiles. © Massachusetts Institute of Technology

Le matériau est aussi autoréparant

Pour contrôler ce changement d'état, les chercheurs utilisent un fil électrique placé sur chaque pièce. Le courant électrique fait chauffer la structure pour lui permettre de se déformer. Une fois le courant coupé, le matériau refroidit et reprend sa forme initiale. Ce matériau pourrait servir à réaliser certaines parties articulées sur un robot afin de contrôler sa mobilité avec précision en jouant sur les états solides et rigides des différentes sections. Le robot serait souple dans les situations où il doit s'adapter à son environnement, pour par exemple se faufiler dans des espaces exigus. Il deviendrait rigide afin d'exercer une pression ou pousser.

L'autre avantage est que ce matériau est autocicatrisant, une propriété passionnante dont la recherche occupe nombre de laboratoires comme celui de l'équipe de Ludwik Leibler, à l'ESPCI, qui a mis au point le vitrimère. Si l'enrobage en cire est endommagé ou fracturé, il suffit de le chauffer pour qu'il se régénère. « Nous voulons créer des robots qui imitent des systèmes biologiques, faits de composants souples afin qu'ils soient déformables pour pouvoir interagir en toute sécurité avec les humains », explique Anette Hosoi, professeure de génie mécanique et de mathématiques appliquées au MIT. Son équipe explore d'autres pistes pour créer des matériaux à changement de forme à partir de fluides électrorhéologiques et magnétorhéologiques. Il s'agit de solutions liquides dans lesquelles se trouvent des particules en suspension qui peuvent passer d'un état souple à solide lorsqu'on leur applique un champ magnétique ou électrique.

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