Les insectes aident les robots à mieux s’agripper

Les insectes aident les robots à mieux s'agripper

Avec des pieds conçus différemment inspirés des insectes, les robots pourraient également marcher sur des surfaces délicates telles que des tuyaux ou des rochers. 1 crédit

Toute une génération de robots de préhension a été développée en utilisant un concept de conception connu à l’origine des nageoires de poisson. Une équipe de recherche internationale de biomécanique, avec la participation de l’Université de Kiel (CAU), dirigée par l’Université du Danemark du Sud (SDU), a maintenant optimisé cette fonction de préhension inspirée des insectes et a défié cette norme en robotique. Ils l’ont également transféré des éléments de la main au pied pour la première fois. Cela permettrait non seulement aux robots de mieux saisir avec moins d’énergie, mais aussi de mieux marcher sur des surfaces inégales. Les résultats ont été publiés dans la revue Advanced Intelligent Systems et en couverture du numéro imprimé actuel.

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De nombreux robots peuvent enfermer fermement des objets cibles avec leurs éléments de préhension sans trop de pression. Les constructions intelligentes spécialisées se déforment pour épouser le contour de la surface des objets. Ceci est basé sur ce que l’on appelle l’effet Fin-Ray. “C’est fascinant : si vous appuyez sur un côté d’un triangle pointu, il ne s’éloigne pas de vous, comme vous pourriez vous y attendre, mais vers vous. Il ne cède pas à la direction de la pression, mais se plie dans la direction d’où vient la pression”, explique le professeur de zoologie Stanislav Gorb du CAU, décrivant le phénomène. Il y a près de 25 ans, le biologiste allemand Leif Kniese a observé pour la première fois l’effet sur les nageoires des poissons, qui s’adaptent de manière optimale aux différentes conditions d’écoulement. Il a découvert que la raison en était la structure interne de la nageoire caudale.

Des traverses similaires peuvent également être trouvées dans les éléments de pied de nombreux insectes. Ils les aident à mieux s’adapter aux surfaces et à se fixer solidement. “C’est l’une de nos principales questions de recherche : comment les insectes peuvent-ils s’attacher si bien aux surfaces sans utiliser beaucoup de force ? Comment créent-ils la zone de contact nécessaire ?” résume Gorb l’objet de son groupe de recherche “Morphologie fonctionnelle et biomécanique” à l’Université de Kiel. Avec son équipe de Kiel, il a examiné divers pieds d’insectes, tels que ceux du grillon de brousse Tettigonia viridissima. Alors que les traverses des pinces “Fin-Ray” sont fixées à un angle de 90 degrés, l’angle des coussinets de fixation des insectes était différent.

Pour l’effet Fin-Ray, des études détaillées sur l’effet des différents angles de faisceaux transversaux n’ont pas encore été menées. Les chercheurs de Kiel ont maintenant utilisé des simulations informatiques pour calculer les forces qui agiraient sur les éléments de préhension et leurs objets cibles dans chaque cas. Ils ont vérifié leurs résultats à l’aide d’expériences et de mesures de force avec des modèles structurels de l’imprimante 3D.






Test de fonctionnement du robot hexapode et du bras de robot nouvellement conçus Crédit : Université de Kiel

Une nouvelle façon de produire la technologie de préhension ?

“En passant simplement à des angles plus petits, l’appareil se plie plus facilement autour des objets pour fournir une prise plus forte qui nécessite moins de force”, a déclaré Gorb. “Cela signifie que nous pouvons économiser jusqu’à environ 20 % de l’énergie du robot et adopter une approche plus douce”, a déclaré le premier auteur Poramate Manoonpong. “Nous pouvons utiliser le mécanisme de préhension d’un préhenseur robotisé capable de manipuler des objets très délicats et fragiles, comme les aliments, et d’appliquer beaucoup moins de force ou d’énergie. Cela pourrait avoir un impact sur la façon dont l’ensemble de l’industrie fabrique des préhenseurs robotiques.” Manoonpong est professeur de biorobotique au SDU et au Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology (VISTEC) en Thaïlande. De nombreuses idées communes ont déjà émergé il y a quelques années lorsque Manoonpong a passé un semestre à Kiel à l’invitation de Gorb dans le cadre du poste de professeur invité scandinave du CAU.

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    Le soi-disant effet Fin-Ray® : Si une pression est appliquée sur le triangle pointu avec les traverses spéciales à l’intérieur, il ne cède pas mais se recourbe dans la direction d’où vient la pression. 1 crédit

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    L’équipe de Kiel a examiné plus en détail les pattes du criquet de brousse Tettigonia viridissima : en coupe transversale au microscope électronique à balayage, elles montrent des entretoises à l’intérieur similaires à celles observées dans l’effet Fin-Ray. 1 crédit

Enfin, la partie Kiel de l’équipe de recherche a testé ce qui se passerait si elle appliquait cette fonction de préhension améliorée de la main aux éléments de pied des robots. Ils ont construit des pieds de robot avec des traverses internes orientées à différents angles. Cela leur permet de se plier autour des pierres ou des tuyaux et d’obtenir une grande surface de contact avec eux. Des tests ont été menés à SDU à Odense, au Danemark, où une plate-forme à jambe de robot unique a été configurée pour marcher sur un tuyau, et à VISTEC à Rayong, en Thaïlande, où un robot hexapode a dû traverser un ensemble de tuyaux ou un terrain rocheux. Ici, ils ont pu voir que les systèmes de robots avec un angle optimal de traverses à 10° utilisaient beaucoup moins d’énergie et se déplaçaient plus rapidement et plus facilement qu’un angle traditionnel de traverses à 90°. “C’est quelque chose dont l’industrie pétrolière et gazière a besoin”, a déclaré Manoonpong.

Les insectes aident les robots à mieux s'agripper

L’architecture interne de divers coussinets de fixation lisses d’insectes pourrait également fournir des informations pour améliorer les fonctions de préhension des robots : les schémas montrent (dans le sens des aiguilles d’une montre à partir du haut à droite) le type de fibre générique que l’on trouve dans la plupart des coussinets ; type mousseux trouvé chez la cigale (Auchenorrhyncha); type hiérarchique trouvé chez les grillons de brousse (orthoptères) illustré en a ; type filamenteux mince d’abeille à miel (hyménoptères). 1 crédit

Bien que les résultats soient prometteurs, cette recherche s’appuie sur un préhenseur en matériau très souple. L’équipe est maintenant confrontée au défi de fabriquer une pince qui non seulement se pliera et s’agrippera, mais sera également suffisamment solide et robuste pour gérer n’importe quel environnement.


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Plus d’information:
Poramate Manoonpong et al, Fin Ray Crossbeam Angles for Efficient Foot Design for Energy‐Efficient Robot Locomotion, Systèmes intelligents avancés (2021). DOI : 10.1002/aisy.202100133

Fourni par l’Université de Kiel

Citation: Insects help robots gain better grip (2022, 27 janvier) récupéré le 27 janvier 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-01-insects-robots-gain.html

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