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Toucher de façon ressentie le nanomonde

Dossier - Robotique : interagir avec le nanomonde
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Dans ce dossier, vous découvrirez la richesse scientifique de la microrobotique thématique au travers d'exemples. Nous nous concentrerons en particulier sur un domaine émergent, comment interagir avec le nanomonde avec une interface robotisée capable de transmettre les déplacements et de faire ressentir les efforts de ce monde de l'infiniment petit.

  
DossiersRobotique : interagir avec le nanomonde
 

Aux échelles micro et nanoscopiques, il subsiste de nombreux problèmes technologiques. En particulier, le manque de vision 3D en temps réel, la précision limitée des porte-outils, la faiblesse des rapports signal sur bruit, le manque de répétabilité, la sensibilité des systèmes aux conditions environnementales et la fragilité des objets rendent les opérations de manipulation directe longues et délicates.

Simulation haptique. © Lassedesignen, Shutterstock
 Un bras haptique. © haptique.com

L'automatisation des tâches

La première solution consiste à automatiser les tâches à effectuer. Cette technique demande des modèles fins de l'interaction entre les objets manipulés, les outils utilisés, et l'environnement. Actuellement, il persiste de nombreuses incertitudes sur les phénomènes nanophysiques. De plus, cette solution interdit toute interactivité entre l'utilisateur et le système au cours de la manipulation. La non-exploitation des connaissances des opérateurs et de leurs capacités de réaction nuit à l'exécution des tâches de manipulation.

L'utilisation d'aides à la manipulation apparaît comme une alternative prometteuse, conservant l'interactivité de la manipulation directe tout en facilitant sa réalisation. L'haptique est un des moyens privilégiés pour transmettre les informations à l'utilisateur, puisqu'il restitue une indication que les opérateurs ont naturellement l'habitude de traiter lors de manipulations directes à l'échelle macroscopique.

Retour haptique pour la télémicromanipulation et le docking moléculaire. © ISIR

Le problème de la simulation

En parallèle des problèmes de manipulation, il est important de résoudre celui de la simulation pour concevoir, tester et simuler les objets dans le but d'aboutir à la création de nouveaux matériaux ou alliages avec des propriétés inédites, ou encore de structures moléculaires « sur mesures », capables d'interactions précises et ciblées. Or, le travail de conception à cette échelle est actuellement naissant, à cause de la complexité des phénomènes présents et de l'absence d'outils de simulation capables de relier les propriétés macro et microscopiques.

Malgré l'émergence des systèmes de simulation moléculaire, il est actuellement impossible pour le concepteur d'interagir en temps réel avec son processus de conception, notamment à cause des temps de calcul très élevés. Or, les dimensions importantes de l'ensemble des solutions possibles rendent les systèmes basés sur une recherche stochastique, très gourmands en temps. La participation active de l'intelligence humaine semble indispensable pour aboutir à une solution réaliste et réalisable. Là encore, l'haptique apparaît comme une solution intéressante et est illustrée dans la figure ci-dessus.