Microrobotique - Définition
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Introduction
La microrobotique est la branche de la robotique qui étudie la conception de dispositifs robotiques évoluant à l'échelle micrométrique ; du millimètre à quelques centimètres ;
Cette discipline inclue notamment l'élaboration et la fabrication de petits robots mobiles. Le terme micorobotique est parfois aussi utilisé pour désigner la production d'éléments de robots de taille micrométrique ou des éléments logiciels capables de gérer des composants micrométriques.
Aux échelles encore plus petites, on parle de nanorobot.
Taille et définition
Le préfixe «micro» a beaucoup été utilisé pour subjectivement désigner de petits robots, mais de tailles très variables. Un projet de normalisation des noms correspondant aux échelles de taille évite la confusion. Ainsi :
- un nanorobot a des dimensions égales ou inférieures à 1 micromètre, ou de manipuler des composants sur la plage de 1 à 1000 nm de taille.
- Un micro-robot aurait dimensions caractéristiques inférieure à 1 millimètre,
- un millirobot aurait dimensions moins d'un cm (il se mesure en millimètres),
- un minirobot aurait dimensions inférieures à 10 cm,
- un petit robot aurait dimensions inférieures à 100 cm.
Conditions spécifiques au développement de la microrobotique
Le développement des microrobots implique de mieux comprendre et maîtriser certains phénomènes physiques en jeu à ces échelles, car un micro-robot est soumis à des forces qui prennent une grande importance aux échelles micrométriques et qui ne perturberaient pas un objet de taille plus importante ;
- Force de van der Waals,
- électricité statique,
- tension superficielle,
- souffle d'air,
- effets plus exacerbés et brutaux de la chaleur solaire ou du froid, de la condensation, etc.).
La microrobotique inclue l'étude des procédés de fabrication (micro-systèmes, voire nano-système, dont micro- ou nanoélectronique) nécessaire aux éléments de très petite échelle.
La biomimétique est une des disciplines qui inspire la microrobotique,
Micro-mécanique
Elle doit permettre au robot de se mouvoir et interagir avec son environnement, avec par exemple:
- Des interfaces haptiques, qui permettent au robot d'adhérer à un robot, et éventuellemnet de saisir d'objets, de s'assembler à un autre microrobot, ou de s'ancrer à un substrat ;
- des micromoteurs permettant à des éléments mobiles de bouger suivant un ou plusieurs degrés de liberté ;
- des micro-gyroscopes ou dispositifs alternatifs remplissant des fonctions proches sont recherchés ;
- des modes de déplacements innovants ; Par exemple, comme le font des gerris, des microrobots peuvent déjà se déplacer sur l'eau en profitant de la tension superficielle de ce "substrat" liquide. On tente aussi d'imiter les ventouses des geckos, de manière à permettre à un robot de plusieurs grammes ou dizaines de grammes de marcher au plafond ou sur n'importe quel support (Programme Geckohair du Nanolab du Carnegy Mellon university). Des étudiants travaillent à des systèmes d'adhésion s'adaptant à divers degrés de pente, permettant une marche suspendue (au plafond, sous une feuille...).
Biomimétique
Une des sources d'inspiration de la robotique est la Nature elle-même qui a testé de très nombreux mécanismes et comportements, dont certains intéressent la robotique. Imiter le fonctionnement des réseaux de neurones et des centres nerveux et des générateurs centraux de la moëlle épinière d'animaux primitif permet déjà d'imiter certains mécanismes tels que marche, natation, course, reptation. Les groupes de muscles sont remplacés par des cervomoteurs, mais qui sont animés en reproduisant les mouvements et le rythme de la marche, nage, reptation ou la course selon les impulsions distribues à les microcircuits informatiques qui imitent le réseau nerveux.
L'imitation va parfois déjà plus loin encore. par exemple:
- Le Nanolab travaille à identifier et reproduire certaines molécules colloïdales très adhésives synthétisées par des animaux (escargots, limaces, certains coléoptèrespeuvent fortement mais provisoirement adhérer à un support grâce à de telles molécules). Il développe une instrumentation adaptée à la mesure des performances de ce type d'adhésif.
- le nanolab a produit un petit robot en forme de tank, muni de chenilles adhésives, qui peut grimper sur les murs en s'y collant ;
- Le nanolab a également développé des micro-Fibrilles Adhésives permettant une adhésion très renforcée sur un plan non horizontal., mais une performance qu'on est loin de savoir reproduire est la capacité des systèmes vivants à cicatriser, s'alimenter et se reproduire, capacités qui posent par ailleurs des questions éthiques nouvelles, qui débordent du champs habituel de la bioéthique.
- Un robot inspiré de la salamandre évolue facilement d'un milieu aquatique à terrestre ; Un poulet peut continuer à courir de manière réflexe alors qu'il a la tête coupée, ce qui montre que la colonne vertébrale et sa moelle épinière comportent les centres moteurs essentiels.
- Des robots (salamandre ou serpent) imitent la reptation. Sur ce principe, Joseph Ayers(Northeastern University à Boston) a également développé des robots qui imitent les mouvements de la lamproie et du homards.
