Les dispositifs portables robotiques d’assistance souple bénéficient d’un outil de conception rapide

Les dispositifs portables robotiques d'assistance souple bénéficient d'un outil de conception rapide

Crédit : Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT

Les actionneurs pneumatiques souples ne sont peut-être pas une expression qui revient dans les conversations quotidiennes, mais il est plus que probable que vous ayez bénéficié de leur utilité. Les appareils utilisent de l’air comprimé pour alimenter le mouvement, et avec des capacités de détection, ils se sont avérés être un élément essentiel dans une variété d’applications telles que les dispositifs portables d’assistance, la robotique et les technologies de réadaptation.

Mais il y a un peu de goulot d’étranglement dans la création de petits appareils dynamiques qui présentent des avantages tels que des taux de réponse élevés et des rapports puissance / entrée. Ils nécessitent un pipeline de conception et de fabrication manuel, ce qui se traduit par de nombreux cycles d’essais et d’erreurs pour tester et voir si les conceptions fonctionneront.

Des scientifiques du laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL) du MIT ont conçu un pipeline évolutif pour concevoir par ordinateur et fabriquer numériquement des actionneurs pneumatiques souples appelés “PneuAct”.

PneuAct utilise un processus de tricotage à la machine, pas très différent du tricot à l’aiguille en plastique de votre grand-mère, mais cette machine fonctionne de manière autonome. Un concepteur humain spécifie simplement les modèles de conception de points et de capteurs dans un logiciel pour programmer le mouvement de l’actionneur, et il peut ensuite être simulé avant l’impression. La pièce textile est fabriquée par la machine à tricoter, qui peut être fixée à un tube de silicone en caoutchouc bon marché et prêt à l’emploi pour compléter l’actionneur.

L’actionneur tricoté intègre un fil conducteur pour la détection, permettant aux actionneurs de “sentir” ce qu’ils touchent. L’équipe a concocté plusieurs prototypes couvrant un gant d’assistance, une main douce, un robot interactif et un quadrupède à marche pneumatique. Leurs prototypes, qui, en utilisant du tissu jaune ressemblent un peu à des doigts de banane, couvraient un gant d’assistance, une main douce, un robot interactif et un robot quadrupède pneumatique.

Bien qu’il y ait eu beaucoup de mouvement dans le développement matériel des actionneurs pneumatiques souples au fil des ans – un prototype 2019 d’un robot collaboratif utilisait de tels actionneurs pour reproduire une préhension de type humain dans ses mains – les outils de conception ne se sont pas améliorés avec autant de vitesse . Les anciens processus utilisaient généralement des polymères et du moulage, mais les scientifiques ont utilisé une combinaison de points élastiques et de détection (avec un fil conducteur) qui permet de programmer la flexion des actionneurs lorsqu’ils sont gonflés et la possibilité d’intégrer une rétroaction du monde réel.






Crédit : Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT

Par exemple, l’équipe a utilisé les actionneurs pour construire un robot qui détecte quand il est touché spécifiquement par des mains humaines et réagit à ce contact.

Le gant de l’équipe peut être porté par un humain pour compléter le mouvement musculaire des doigts, minimisant la quantité d’activité musculaire nécessaire pour accomplir les tâches et les mouvements. Cela pourrait avoir beaucoup de potentiel pour les personnes souffrant de blessures, de mobilité réduite ou d’autres traumatismes aux doigts. La méthode peut également être utilisée pour fabriquer un exosquelette (unités robotiques portables contrôlées par ordinateur qui complètent le mouvement humain et restaurent la locomotion et le mouvement) ; par exemple, les auteurs ont créé une manche qui peut aider les porteurs à plier le coude, le genou ou d’autres parties du corps.

« L’utilisation du tricot à la machine numérique, qui est une méthode de fabrication très courante dans l’industrie textile d’aujourd’hui, permet « d’imprimer » un dessin en une seule fois, ce qui le rend beaucoup plus évolutif », explique Yiyue Luo, Ph.D. MIT CSAIL. étudiant et auteur principal d’un nouvel article sur la recherche. “Les actionneurs pneumatiques souples sont intrinsèquement conformes et flexibles, et combinés à des matériaux intelligents, ils sont devenus l’épine dorsale de nombreux robots et technologies d’assistance, et la fabrication rapide avec notre outil de conception peut, espérons-le, augmenter la facilité et l’ubiquité.”

Donner du sens aux capteurs

Un type de détection que l’équipe a incorporé était la “détection de pression résistive”, où l’actionneur “envoie” la pression. Lors de la fabrication d’une pince robotique, par exemple, lorsqu’elle saisit quelque chose, le capteur de pression détecte la force appliquée à l’objet, puis essaie de voir si la prise est réussie ou non. L’autre type est la “détection capacitive”, où le capteur discerne certaines informations sur les matériaux avec lesquels l’actionneur entre en contact.

Bien que l’actionneur soit robuste – aucun fil ne s’est cassé dans aucune de leurs expériences, l’une des limites du système est qu’il était limité aux actionneurs en forme de tube car il est très facile d’acheter sur étagère. Une prochaine étape logique consiste à explorer des actionneurs de différentes formes, pour éviter d’être contraint par cette structure unique. Une autre extension que les scientifiques exploreront est l’extension de l’outil pour incorporer une conception basée sur l’optimisation axée sur les tâches, où les utilisateurs peuvent spécifier des poses cibles et des motifs de points optimaux qui peuvent être automatiquement synthétisés.

“Notre outil logiciel est rapide et facile à utiliser et prévisualise avec précision les conceptions des utilisateurs, leur permettant d’itérer rapidement virtuellement tout en n’ayant besoin de fabriquer qu’une seule fois. Mais ce processus nécessite encore quelques essais et erreurs de la part des humains. Un ordinateur peut-il raisonner sur la façon dont les textiles devraient être physiquement programmés dans des actionneurs pour permettre un comportement riche et axé sur la détection ? C’est la prochaine frontière », déclare Andrew Spielberg, boursier postdoctoral en science des matériaux et en génie mécanique à l’Université de Harvard, un autre auteur de l’article.

Le document a été publié via le Conférence CHI sur les facteurs humains dans les systèmes informatiques.


La technique accélère l’actionnement thermique pour la robotique douce


Plus d’information:
Yiyue Luo et al, Fabrication numérique d’actionneurs pneumatiques avec détection intégrée par tricotage à la machine, Conférence CHI sur les facteurs humains dans les systèmes informatiques (2022). DOI : 10.1145/3491102.3517577

Fourni par le laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT

Citation: Les wearables robotiques d’assistance souple bénéficient d’un coup de pouce grâce à un outil de conception rapide (2022, 3 mai) récupéré le 3 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-soft-robotic-wearables-boost-rapid.html

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