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.


Dans le film "Terminator 2", le robot T-1000 pouvait changer de forme, se transformer en un état liquide 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 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 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 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 raisonnable sur son environnement, dit-elle. "Vous ne pouvez pas manipuler un objet sans appliquer une pression 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 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 douce et souple avec un chauffage 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 revient à son état solide d'origine.

En plus le fait de faire passer la matière à l'état mou en chauffant la cire, celle-ci devenant fluide peut combler des ruptures de structure et réparer l'ensemble, déclare Hosoi. "Ce matériau est ainsi auto-réparable", annonce-t-elle. "Donc, s'il y a une fracture du revêtement, vous pouvez réchauffer puis refroidir, et la structure revient à sa configuration d'origine."

Pour construire le matériau, les chercheurs ont tout 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 3D pour créer une seconde 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 à l'intérieur, et peuvent passer d'un état fluide à un état rigide avec l'application d'un champ magnétique ou électrique.