La peau artificielle donne aux robots le sens du toucher et au-delà

La peau artificielle donne aux robots le sens du toucher et au-delà

Crédit : Institut de technologie de Californie

Nous avons tendance à tenir notre sens du toucher pour acquis dans le quotidien, mais il est vital pour notre capacité à interagir avec notre environnement. Imaginez atteindre le réfrigérateur pour prendre un œuf au petit-déjeuner. Lorsque vos doigts touchent sa coquille, vous pouvez dire que l’œuf est froid, que sa coquille est lisse et à quel point vous devez le saisir fermement pour éviter de l’écraser. Ce sont des capacités avec lesquelles les robots, même ceux directement contrôlés par les humains, peuvent lutter.

Une nouvelle peau artificielle développée à Caltech peut désormais donner aux robots la capacité de détecter la température, la pression et même les produits chimiques toxiques par un simple toucher.

Cette nouvelle technologie cutanée fait partie d’une plateforme robotique qui intègre la peau artificielle avec un bras robotique et des capteurs qui se fixent à la peau humaine. Un système d’apprentissage automatique qui relie les deux permet à l’utilisateur humain de contrôler le robot avec ses propres mouvements tout en recevant des commentaires à travers sa propre peau. La plate-forme de détection robotique multimodale, surnommée M-Bot, a été développée dans le laboratoire de Wei Gao, professeur adjoint de génie médical à Caltech, chercheur à l’Institut de recherche médicale Heritage et boursier Ronald et JoAnne Willens. Il vise à donner aux humains un contrôle plus précis sur les robots tout en les protégeant des dangers potentiels.

“Les robots modernes jouent un rôle de plus en plus important dans la sécurité, l’agriculture et la fabrication”, déclare Gao. « Pouvons-nous donner à ces robots un sens du toucher et un sens de la température ? Pouvons-nous également leur faire sentir des produits chimiques comme des explosifs et des agents neurotoxiques ou des risques biologiques comme des bactéries et des virus infectieux ? Nous y travaillons.

La peau

Une comparaison côte à côte d’une main humaine et d’une main robotique révèle des différences flagrantes. Alors que les doigts humains sont mous, spongieux et charnus, les doigts robotiques ont tendance à être durs, métalliques, plastiques ou caoutchouteux. La peau imprimable développée dans le laboratoire de Gao est un hydrogel gélatineux et rend le bout des doigts des robots beaucoup plus semblable au nôtre.






Intégrés dans cet hydrogel se trouvent les capteurs qui donnent à la peau artificielle sa capacité à détecter le monde qui l’entoure. Ces capteurs sont littéralement imprimés sur la peau de la même manière qu’une imprimante à jet d’encre applique du texte sur une feuille de papier.

“L’impression à jet d’encre a cette cartouche qui éjecte des gouttelettes, et ces gouttelettes sont une solution d’encre, mais elles pourraient être une solution que nous développons à la place de l’encre ordinaire”, explique Gao. “Nous avons développé une variété d’encres de nanomatériaux pour nous-mêmes.”

Après avoir imprimé un échafaudage de fils de nanoparticules d’argent, les chercheurs peuvent ensuite imprimer des couches de capteurs à l’échelle micrométrique qui peuvent être conçus pour détecter une variété de choses. Le fait que les capteurs soient imprimés permet au laboratoire de concevoir et d’essayer plus rapidement et plus facilement de nouveaux types de capteurs.

“Lorsque nous voulons détecter un composé donné, nous nous assurons que le capteur a une réponse électrochimique élevée à ce composé”, explique Gao. “Graphène imprégné de platine

détecte le TNT explosif très rapidement et sélectivement. Pour un virus, nous imprimons des nanotubes de carbone, qui ont une surface très élevée, et nous y attachons des anticorps pour le virus. Tout cela est productible en masse et évolutif.”

La peau artificielle donne aux robots le sens du toucher et au-delà

Ce capteur se fixe sur la peau de l’avant-bras d’un humain et lui permet de contrôler un système robotique grâce à ses propres mouvements musculairesCrédit : Caltech

Un système interactif

L’équipe de Gao a couplé cette peau à un système interactif qui permet à un utilisateur humain de contrôler le robot par ses propres mouvements musculaires tout en recevant également des informations sur la peau de l’utilisateur à partir de la peau du robot.

Cette partie du système utilise des pièces imprimées supplémentaires – dans ce cas, des électrodes fixées à l’avant-bras de l’opérateur humain. Les électrodes sont similaires à celles utilisées pour mesurer les ondes cérébrales, mais elles sont plutôt positionnées pour détecter les signaux électriques générés par les muscles de l’opérateur lorsqu’il bouge sa main et son poignet. Un simple mouvement du poignet humain indique au bras robotique de se déplacer vers le haut ou vers le bas, et une contraction ou un écartement des doigts humains provoque une action similaire de la main robotique.

“Nous avons utilisé l’apprentissage automatique pour convertir ces signaux en gestes pour le contrôle robotique”, explique Gao. “Nous avons formé le modèle sur six gestes différents.”

Le système fournit également une rétroaction à la peau humaine sous la forme d’une stimulation électrique très légère. Pour reprendre l’exemple du ramassage d’un œuf, si l’opérateur serrait trop fort l’œuf avec la main robotique et risquait d’écraser sa coquille, le système alertait l’opérateur par ce que Gao décrit comme “un petit picotement” pour la peau de l’opérateur.

Gao espère que le système trouvera des applications dans tous les domaines, de l’agriculture à la sécurité en passant par la protection de l’environnement, permettant aux opérateurs de robots de “sentir” la quantité de pesticide appliquée sur un champ de cultures, si un sac à dos suspect laissé dans un aéroport a des traces d’explosifs dessus, ou l’emplacement d’une source de pollution dans une rivière. Mais d’abord, il veut apporter quelques améliorations.

“Je pense que nous avons montré une preuve de concept”, dit-il. “Mais nous voulons améliorer la stabilité de cette peau robotique pour la faire durer plus longtemps. En optimisant de nouvelles encres et de nouveaux matériaux, nous espérons qu’elle pourra être utilisée pour différents types de détections ciblées. Nous voulons la mettre sur des robots plus puissants et faire les plus intelligents, plus intelligents.”

L’article décrivant la recherche, intitulé “Interface homme-machine souple entièrement imprimée pour la détection physico-chimique robotique”, paraît dans le numéro du 1er juin de Robotique scientifique.


Le patch cutané flexible fournit un retour haptique d’un opérateur humain à un robot télécommandé


Plus d’information:
You Yu et al, Interface homme-machine souple entièrement imprimée pour la détection physicochimique robotique, Robotique scientifique (2022). DOI : 10.1126/scirobotics.abn0495

Fourni par l’Institut de technologie de Californie

Citation: La peau artificielle donne aux robots le sens du toucher et au-delà (2 juin 2022) récupéré le 2 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-artificial-skin-robots.html

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