Le gant sous-marin met les capacités de la pieuvre entre les mains des humains

Le gant sous-marin met les capacités de la pieuvre entre les mains des humains

Octa-glove ramassant une carte à jouer Virginia Tech sous l’eau du laboratoire de Michael Bartlett. Crédit : Virginia Tech

Une équipe de chercheurs dirigée par Michael Bartlett de Virginia Tech a développé un gant inspiré de la pieuvre capable de saisir en toute sécurité des objets sous l’eau. Leur recherche a été sélectionnée pour la couverture du 13 juillet de Avancées scientifiques.

Les humains ne sont pas naturellement équipés pour prospérer dans un environnement sous-marin. Nous utilisons des réservoirs pour respirer, des combinaisons en néoprène pour protéger et réchauffer notre corps et des lunettes pour voir clairement. Dans un tel environnement, la main humaine est également mal équipée pour tenir les choses. Quiconque a essayé de retenir un poisson frétillant témoignera que les objets sous-marins sont difficiles à saisir avec nos doigts terrestres.

“Il y a des moments critiques où cela devient un handicap”, a déclaré Bartlett, professeur adjoint au département de génie mécanique. “La nature a déjà d’excellentes solutions, alors notre équipe s’est tournée vers le monde naturel pour trouver des idées. La pieuvre est devenue un choix évident d’inspiration.”

Les plongeurs sauveteurs, les archéologues sous-marins, les ingénieurs des ponts et les équipes de sauvetage utilisent tous leurs mains pour extraire des personnes et des objets de l’eau. Les mains humaines ayant moins de capacité à tenir des objets glissants doivent recourir à plus de force, et une poignée de fer peut parfois compromettre ces opérations. Lorsqu’un toucher délicat est requis, il serait utile d’avoir les mains faites pour l’eau.






Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur adjoint Michael Bartlett de Virginia Tech a développé un gant inspiré de la pieuvre capable de saisir en toute sécurité des objets sous l’eau. Crédit : Virginia Tech

Ce sont les appendices mêmes que Bartlett et ses collègues chercheurs ont cherché à construire. Son équipe du Laboratoire des matériaux et structures souples a adapté les solutions biologiques aux nouvelles technologies à base de matériaux souples et de robotique.

S’inspirer d’une adhérence puissante

La pieuvre est l’une des créatures les plus uniques de la planète, équipée de huit longs bras qui peuvent saisir une myriade de choses dans un environnement aquatique. Dans une belle intégration d’outils pratiques et d’intelligence, ces bras sont recouverts de ventouses contrôlées par les systèmes musculaire et nerveux de l’animal marin.

Chaque ventouse, en forme d’extrémité de piston, apporte une puissante capacité d’arrachage. Une fois que le large bord extérieur de la ventouse a fait un joint avec un objet, les muscles se contractent et détendent la zone creuse derrière le bord pour ajouter et relâcher la pression. Lorsque de nombreuses ventouses sont engagées, cela crée une forte liaison adhésive difficile à échapper.

“Lorsque nous regardons la pieuvre, l’adhésif se démarque certainement, activant et libérant rapidement l’adhérence à la demande”, a déclaré Bartlett. “Ce qui est tout aussi intéressant, cependant, c’est que la pieuvre contrôle plus de 2 000 ventouses sur huit bras en traitant les informations provenant de divers capteurs chimiques et mécaniques. La pieuvre associe vraiment la capacité d’accord, la détection et le contrôle de l’adhésion pour manipuler des objets sous-marins.”

Le gant sous-marin met les capacités de la pieuvre entre les mains des humains

Des chercheurs testent l’Octa-Glove dans le laboratoire de Michael Bartlett. Crédit : Alex Parrish pour Virginia Tech

Mettre l’inspiration en action

Pour concevoir leur gant, les chercheurs se sont concentrés sur la réinvention des ventouses : des tiges en caoutchouc souples coiffées de membranes souples actionnées. La conception a été créée pour remplir la même fonction que la ventouse d’une pieuvre – activant une fixation fiable aux objets avec une légère pression, idéale pour adhérer aux surfaces planes et courbes.

Après avoir développé les mécanismes adhésifs, ils avaient également besoin d’un moyen pour que le gant détecte les objets et déclenche l’adhérence. Pour cela, ils ont fait appel au professeur adjoint Eric Markvicka de l’Université du Nebraska-Lincoln, qui a ajouté une gamme de capteurs de proximité optiques micro-LIDAR qui détectent la proximité d’un objet. Les ventouses et le LIDAR ont ensuite été connectés via un microcontrôleur pour coupler la détection d’objet avec l’engagement de la ventouse, imitant ainsi les systèmes nerveux et musculaire d’une pieuvre.

L’utilisation des capteurs pour engager les ventouses rend également le système adaptable. Dans un environnement naturel, une pieuvre enroule ses bras autour de rochers et de surfaces escarpées, se fixant à des coquilles lisses et à des balanes rugueuses. L’équipe de recherche voulait également quelque chose qui semblait naturel aux humains et leur permettait de ramasser des choses sans effort, s’adaptant à différentes formes et tailles comme le ferait une pieuvre. Leur solution était un gant avec des ventouses synthétiques et des capteurs étroitement intégrés, une harmonie de systèmes portables saisissant de nombreuses formes différentes sous l’eau. Ils l’ont appelé Octa-gant.

“En fusionnant des matériaux adhésifs souples et réactifs avec de l’électronique embarquée, nous pouvons saisir des objets sans avoir à les presser”, a déclaré Bartlett. “Cela rend la manipulation d’objets humides ou sous l’eau beaucoup plus facile et plus naturelle. L’électronique peut activer et libérer l’adhérence rapidement. Il suffit de déplacer votre main vers un objet et le gant fait le travail pour saisir. Tout peut être fait sans que l’utilisateur n’appuie sur un un seul bouton.”

Le gant sous-marin met les capacités de la pieuvre entre les mains des humains

Octa-glove ramassant divers objets sous l’eau du laboratoire de Michael Bartlett. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Virginia Tech

Mettre le gant

Lors des tests, les chercheurs ont essayé plusieurs modes de préhension différents. Pour manipuler des objets délicats et légers, ils ont utilisé un seul capteur. Ils ont découvert qu’ils pouvaient rapidement ramasser et relâcher des objets plats, des jouets en métal, des cylindres, la partie à double courbure d’une cuillère et une boule d’hydrogel ultra-douce. En reconfigurant le réseau de capteurs pour utiliser tous les capteurs pour la détection d’objets, ils ont également pu saisir des objets plus grands tels qu’une assiette, une boîte et un bol. Des objets plats, cylindriques, convexes et sphériques constitués de matériaux durs et mous ont été collés et soulevés, même lorsque les utilisateurs n’ont pas saisi l’objet en fermant les mains.

“Ces capacités imitent la manipulation, la détection et le contrôle avancés des céphalopodes et fournissent une plate-forme pour les peaux adhésives synthétiques sous-marines qui peuvent manipuler de manière fiable divers objets sous-marins”, a déclaré le chercheur postdoctoral Ravi Tutika. “C’est certainement un pas dans la bonne direction, mais nous avons beaucoup à apprendre à la fois sur la pieuvre et sur la façon de fabriquer des adhésifs intégrés avant d’atteindre les pleines capacités de préhension de la nature.”

Pour l’avenir, les chercheurs envisagent que le gant joue un rôle dans le domaine de la robotique douce pour la préhension sous-marine, les applications dans les technologies assistées par l’utilisateur et les soins de santé, et dans la fabrication pour l’assemblage et la manipulation d’objets humides.

Ce travail a été réalisé avec Sean Frey, ABM Tahidul Haque, Elizabeth Krotz, Cole Haverkamp et Chanhong Lee, représentant Virginia Tech, Iowa State University et l’Université du Nebraska-Lincoln.


Le robot inspiré de la pieuvre peut saisir, déplacer et manipuler une large gamme d’objets


Plus d’information:
Sean T. Frey et al, peaux adhésives inspirées d’Octopus pour une adhérence sous-marine intelligente et rapidement commutable, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abq1905. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq1905

Fourni par Virginia Tech

Citation: Le gant sous-marin met les capacités de la pieuvre entre les mains des humains (13 juillet 2022) récupéré le 13 juillet 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-07-underwater-glove-octopus-abilities-humans.html

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