Ces robots changent de forme et de rigidité sur demande ⚙️

Une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara et de l'Université de Dresde a créé un collectif de robots capables de se comporter comme un matériau intelligent. Inspirés par les processus biologiques des tissus embryonnaires, ces robots peuvent changer de forme et ajuster leur rigidité à la demande.


Cette innovation ouvre la voie à des applications potentielles dans des domaines variés, allant de la robotique à la physique de la matière active. En reproduisant les mécanismes de fluidité et de solidité observés dans les embryons, les chercheurs ont réussi à concevoir un système robotique capable de s'auto-organiser et de s'adapter dynamiquement.

Inspiration biologique: des embryons aux robots

Les chercheurs se sont inspirés des tissus embryonnaires, considérés comme des matériaux intelligents naturels. Ces tissus peuvent passer d'un état fluide à un état solide, permettant aux cellules de se réorganiser pour former des structures.

Ce phénomène, appelé transition de rigidité, est essentiel pour le développement des organes. Les scientifiques ont identifié trois processus clés: les forces actives entre cellules, la signalisation biochimique et l'adhésion cellulaire. Ces mécanismes ont été transposés dans le monde des robots pour créer un collectif capable de se comporter de manière similaire.


Chaque robot, de la forme d'un palet de hockey, est équipé de huit engrenages motorisés et d'aimants rotatifs. Ces éléments permettent aux unités de se déplacer les unes par rapport aux autres tout en maintenant une cohésion solide. Des capteurs de lumière polarisée guident leurs mouvements, reproduisant ainsi la coordination observée dans les cellules embryonnaires.

Un collectif robotique aux propriétés ajustables

Le collectif de robots peut passer d'un état rigide à un état fluide en modulant les forces entre les unités. Cette flexibilité est rendue possible par des fluctuations contrôlées dans les signaux envoyés aux robots, permettant une réorganisation rapide et efficace.

Les chercheurs ont également découvert que ces fluctuations réduisent la consommation d'énergie, un avantage majeur pour des applications pratiques. En ajustant les paramètres de lumière polarisée, ils peuvent diriger le collectif pour former des structures spécifiques sans reprogrammation individuelle.


À terme, cette technologie pourrait être miniaturisée et étendue à des milliers d'unités, ouvrant la voie à des matériaux robotiques capables de s'adapter à différents environnements. Ces systèmes pourraient être utilisés pour manipuler des objets, supporter des charges lourdes ou même s'auto-réparer.

Pour aller plus loin: Qu'est-ce qu'une transition de rigidité ?

La transition de rigidité est un phénomène physique où un matériau passe d'un état solide à un état fluide, ou inversement, sous l'effet de forces internes ou externes. Ce concept est essentiel pour comprendre comment certains systèmes, comme les tissus embryonnaires ou les matériaux granulaires, peuvent alterner entre rigidité et fluidité.

Dans les tissus vivants, cette transition permet aux cellules de se réorganiser spatialement. Par exemple, lors du développement embryonnaire, les cellules peuvent "fondre" temporairement pour se déplacer et former des structures élaborées, comme des organes, avant de se solidifier à nouveau. Ce processus est rendu possible par des forces actives générées par les cellules elles-mêmes.

En physique, ce phénomène est souvent étudié dans des systèmes comme les verres ou les milieux granulaires. Ces matériaux peuvent se comporter comme des solides sous certaines conditions, mais devenir fluides lorsqu'ils sont soumis à des contraintes spécifiques, comme des vibrations ou des forces de cisaillement.

Dans le contexte des robots, la transition de rigidité a été reproduite en modulant les forces entre les unités. Cela permet au collectif de robots de passer d'un état rigide, capable de supporter des charges, à un état fluide, permettant une réorganisation rapide et flexible. Cette capacité à ajuster dynamiquement les propriétés mécaniques ouvre des perspectives prometteuses pour des applications en robotique et en science des matériaux.