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Posté par Publication le Mercredi 16/07/2014 à 00:00
Des robots qui se transforment de solide en flexible
Des matériaux à changement de forme pourraient permettre à des robots de basculer entre les états solide et souple.


Deux éléments imprimés en 3D souples, celui de gauche est maintenu dans une position courbée et rigidifié par l'intermédiaire d'une couche de cire refroidie, tandis que celui de droite n'a pas reçu de bain de cire et reste flexible (ici, il se déforme sous une clé). Illustration : MIT

Dans le film "Terminator (Terminator (The Terminator en VO) est un film américain de science-fiction de 1984 réalisé par James Cameron.) 2", le robot (Un robot est un dispositif mécatronique (alliant mécanique, électronique et informatique) accomplissant automatiquement soit des tâches qui sont généralement...) T-1000 pouvait changer de forme, se transformer en un état liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) et se faufiler dans des espaces restreints ou se réparer lui-même s'il était endommagé. Maintenant un matériau à changement de forme construit à partir de mousse et de cire, capable de changer entre les états dur et mou, peut permettre même à des robots à faible coût d'effectuer le même exploit.

Le matériau développé par Anette Hosoi, professeur de génie mécanique et des mathématiques appliquées au MIT, et son ancienne étudiante Nadia Cheng, aux côtés des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) Max Planck et de l'Université Stony Brook, pourrait être utilisé pour construire des robots chirurgicaux déformables. Les robots peuvent se déplacer à travers le corps pour atteindre un point (Graphie) particulier sans endommager des organes ou des vaisseaux le long du chemin.

Les robots construits à partir de ces nouveaux matériaux décrits dans la revue Matériaux macromoléculaires et génie, pourraient également être utilisés dans des opérations de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) et de sauvetage pour se faufiler à travers les décombres à la recherche de survivants, explique Anette Hosoi.

Suivez le poulpe

Les équipes de recherche en robotique de la société Boston Dynamics, basée à Waltham, dans le Massachusetts, ont commencé à développer cette nouvelle matière dans le cadre du programme des robots chimiques de l'Advanced Research Projects Agency Défense (DARPA). L'agence est intéressée par des robots "visqueux" capables de se glisser au travers des espaces restreints, pour atteindre une zone donnée, comme font les pieuvres explique Anette Hosoi .

Mais le robot doit effectuer des tâches significatives, il doit être capable d'exercer une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) raisonnable sur son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...), dit-elle. "Vous ne pouvez pas manipuler un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace...) sans appliquer une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) importante à la chose que vous essayez de déplacer." Si le robot se déforme vous ne pourrez faire bouger l'objet.

De plus, le contrôle d'une structure très souple est extrêmement difficile: Il est encore plus difficile de prédire comment le matériau se déplace, quelle forme prendre, qu'avec un robot rigide.

Ainsi, les chercheurs ont décidé que la seule façon de construire un robot déformable serait de développer un matériau qui peut basculer entre un état mou et dur, déclare Hosoi. "Si vous essayez de faire glisser le robot sous une porte, par exemple, vous devriez opter pour un état doux, mais si vous voulez que le robot tienne un marteau (marteau peut faire référence à :) ou ouvre une fenêtre, une partie de la machine doit être rigide ," dit-elle.

Compressible et auto-dépannable

Pour construire un matériau capable d'un déplacement entre les états flexible et rigide, les chercheurs ont revêtu de cire une structure de mousse. Ils ont choisi la mousse, car elle peut être compressée pour être réduite à une petite fraction de sa taille normale, mais une fois libérée elle va revenir à sa forme originale.

Le revêtement de cire, quant à lui, peut changer d'un état dur à une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...) douce et souple avec un chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) modéré. Cela pourrait être fait par l'introduction d'un fil le long de chacune des entretoises en mousse revêtues de cire, puis en appliquant un courant pour chauffer et faire fondre la cire . En coupant le courant, la cire refroidit et l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) revient à son état solide d'origine.

En plus le fait de faire passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) la matière à l'état mou en chauffant la cire, celle-ci devenant fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu...) peut combler des ruptures (Ruptures est le second album de la série de science-fiction Orbital constituée de diptyques, dessiné par Serge Pellé et écrit par Sylvain Runberg, sorti en juin 2007 par les éditions Dupuis.) de structure et réparer l'ensemble, déclare Hosoi. "Ce matériau est ainsi auto-réparable", annonce-t-elle. "Donc, s'il y a une fracture (En traumatologie, le terme de fracture désigne par définition une solution de continuité osseuse ("rupture" des os).) du revêtement, vous pouvez réchauffer puis refroidir, et la structure revient à sa configuration d'origine."

Pour construire le matériau, les chercheurs ont tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) simplement mis la mousse de polyuréthane dans un bain de cire fondue. Ils ont ensuite pressé la mousse pour favoriser la pénétration de la cire, annonce Cheng. "Les nouveaux matériaux issus de recherche innovantes sont souvent très coûteux, mais dans ce cas vous pouvez simplement acheter vraiment de la mousse de polyuréthane à faible coût et de la cire dans un magasin de bricolage" déclare-t-elle.

Afin d'étudier les propriétés de la matière plus en détail, ils ont ensuite utilisé une imprimante (Les imprimantes ont été conçues dès l’apparition des premiers ordinateurs, pour permettre la consultation et la conservation sur support papier des résultats produits par les programmes...) 3D pour créer une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose...) version de la structure de mousse en forme de treillis, pour leur permettre de contrôler avec soin la position de chacune des entretoises et des pores.

Quand ils ont testé les deux matériaux, ils ont constaté que le réseau imprimé était plus efficace que la mousse de polyuréthane, bien que ce dernier matériau serait toujours bien pour les applications à faible coût, annonce Hosoi, et le revêtement de cire peut également être remplacé par un matériau plus résistant, tel que certains types de soudures.

Hosoi enquête actuellement sur l'utilisation d'autres matériaux non conventionnels pour la robotique, tels que les fluides magnéto-rhéologiques et électrorhéologique. Ces matériaux se composent d'un liquide avec des particules en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de transport...) à l'intérieur, et peuvent passer d'un état fluide à un état rigide avec l'application d'un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique ou électrique.
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