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Posté par Redbran le Samedi 15/10/2016 à 12:00
Des robots de gomme qui imitent les muscles
Une équipe de l'EPFL a développé des robots flexibles, mous, et reconfigurables, qui peuvent servir d'outils de réhabilitation. Mis en mouvement par injection d'air, ces robots imitent les muscles, et peuvent être produits à large échelle.


Illustration: EPFL NEWS (NeWS est un système de fenêtrage conçu par James Gosling (qui a contribué à Java) et introduit par Sun Microsystems à la fin des années 1980 n'a pas connu de...)
Traditionnellement, on attend d'un robot (Un robot est un dispositif mécatronique (alliant mécanique, électronique et informatique) accomplissant automatiquement soit des tâches qui sont généralement dangereuses, pénibles, répétitives...) qu'il soit rigide, rapide et performant. Il en va tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) autrement des robots développés au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui...) du Laboratoire de robotique reconfigurable (RRL) de l'EPFL: les soft robots.

Composés d'élastomères, tels que la silicone (Les silicones, ou polysiloxanes, sont des composés inorganiques formés d'une chaine silicium-oxygène (...-Si-O-Si-O-Si-O-...) sur laquelle des groupes se fixent, sur les atomes de silicium. Certains groupes...) et la gomme, ces robots mous ont été créés pour côtoyer l'humain de très près et l'accompagner dans ses mouvements, tout en préservant sa sécurité. Leurs moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) sont inspirés des muscles et leur corps est composé de plusieurs "ballons". Les mouvements des robots sont contrôlés en faisant varier la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire...) dans les différents ballons. Récemment, les chercheurs du RRL ont développé un modèle qui permet de prédire et contrôler précisément le comportement mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce...) de différents modules. Il vient d'être publié dans Nature - Scientific reports.

Les applications générales pour les soft robots vont de la réhabilitation des patients à la manipulation d'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les relations...) fragiles, en passant par la fabrication de systèmes biomimétiques, ou l'assistance à domicile. "Nos robots sont principalement conçus autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) de la sécurité de l'utilisateur, explique Jamie Paik, directrice du RRL. Les risques de se blesser sont moindres si l'on porte un exosquelette (Un exosquelette ou squelette externe, par opposition à endosquelette, est une caractéristique anatomique externe qui supporte et protège un animal. Beaucoup...) composé de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) mous, par exemple", illustre-t-elle.

Un modèle pour contrôler les actuateurs

Dans leur publication, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient prédire précisément les mouvements d'une gamme de modules, dont la structure est faite de compartiments et de chambres placées en sandwich. Ces actuateurs en forme de concombre peuvent s'étirer sur près de 5 à 6 fois leur longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle...) et se plier de manière bidirectionnelle, selon les modèles.

"Nous avons procédé à de nombreuses simulations et établi un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des...) pour prédire la déformation des actuateurs, en fonction de leur forme, de leur épaisseur ou des matériaux dont ils sont composés", explique Gunjan Agarwal, première auteur de la publication. L'une des variantes consiste par exemple à "habiller" l'actuateur d'une carapace (La carapace est une section dorsale d'exosquelette.) en papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de...) épais, plié grâce à la technique des origamis.

"Les constructions en élastomères sont très résistantes mais difficiles à contrôler. Il est nécessaire de pouvoir prédire comment ils se déforment, et dans quelle direction. Notre outil pour fabriquer les robots est maintenant disponible online, et téléchargeable par tout roboticien ou étudiant qui le souhaite."

Une ceinture d'aide à la réhabilitation

Outre ce travail de simulation, d'autres chercheurs du RRL ont développé des spécimens destinés au domaine médical, qui ont quant à eux été décrits dans le journal Soft robotics. C'est le cas d'une ceinture faite de plusieurs éléments gonflables, qui vise à soutenir et guider les mouvements de patients lors d'exercices de réhabilitation.
"Nous travaillons avec des physiothérapeutes du CHUV, qui s'occupent de personnes ayant subi une attaque cérébrale, explique Matthew Robertson, scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...). L'idée est d'utiliser la ceinture pour soutenir le tronc (Un tronc peut être :) du patient (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant une attention médicale ou à qui est prodigué un soin.), et lui redonner une sensibilité dans les mouvements."

Les modules de la ceinture sont faits de tubes de gomme rose et de fil de pêche transparent. La disposition du fil permet de guider la déformation, lorsque l'air est insufflé. "Pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.), la ceinture est rattachée à un mécanisme de pompes externe. La prochaine étape consiste à miniaturiser et intégrer ce système directement sur la ceinture."

Des robots adaptables et reconfigurables

Et les possibilités offertes par les robots soft ne s'arrêtent pas là. Les chercheurs utilisent aussi les actionneurs par insufflation d'air pour développer des robots capables de se déplacer dans un 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 enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...) étriqué et hostile. De par leur structure entièrement molle, ces derniers devraient aussi être capable de résister à des compressions, et des écrasements.

"Grâce aux actuateurs "soft", nous pouvons inventer des robots aux formes multiples. Les matériaux qui les composent sont peu chers et une construction à large échelle est facilement envisageable, commente Jamie Paik. Cela ouvre de nouvelle portes pour la robotique", conclut-elle.

Auteur: Laure-Anne Pessina


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