Manipulateurs robotiques flexibles en forme de tentacules inspirés de la nature

Des manipulateurs robotiques inspirés de la nature

Manipulateurs flexibles en forme de tentacules entraînés par la pression de l’air et inspirés par la nature, conçus pour saisir et manipuler une variété d’objets mous. Crédit : Dong Wang

Les robots traditionnels peuvent avoir des difficultés à saisir et à manipuler des objets mous si leurs manipulateurs ne sont pas flexibles comme peuvent l’être les trompes d’éléphant, les tentacules de pieuvre ou les doigts humains.

Dans Examens de physique appliquée, des chercheurs de l’Université Jiao Tong de Shanghai en Chine ont développé un type de manipulateur souple à segments multiples inspiré de ces systèmes biologiques. Les manipulateurs souples sont basés sur des filets pneumatiques, qui sont des structures élastomères actionnées pneumatiquement.

Ces structures ont une forme de tentacule et se composent d’une série de chambres internes connectées qui peuvent être gonflées pneumatiquement, les faisant exploser comme un ballon. Un côté du tentacule est très flexible tandis que l’autre est plus rigide. L’augmentation de la pression d’air dans les chambres provoque la flexion de la structure vers le côté rigide.

« Nous avons conçu des manipulateurs souples à l’aide d’un modèle mathématique qui peut suivre une trajectoire spatiale 3D particulière », a déclaré l’auteur Dong Wang. « Notre manipulateur souple se compose de plusieurs segments où chaque segment montre un mode d’actionnement différent – torsion, flexion dans le plan ou actionnement hélicoïdal – en choisissant différentes orientations de chambre.

« L’avancée clé de ce travail est le développement d’une méthodologie mathématique capable de concevoir automatiquement des manipulateurs souples correspondant à des trajectoires 3D complexes lors d’une simple pressurisation. »

Le groupe a conçu des manipulateurs pour une variété de trajectoires 3D en faisant varier les paramètres géométriques, matériels et de chargement de leurs structures pneumatiques. Ils ont pu faire une conception inverse pour créer un manipulateur qui suivrait une trajectoire spécifique.







Manipulateurs flexibles en forme de tentacules entraînés par la pression de l’air et inspirés par la nature, conçus pour saisir et manipuler une variété d’objets mous. Crédit : Dong Wang

La méthode de conception repose sur un modèle mathématique qui est beaucoup moins coûteux à utiliser que les modèles informatiques traditionnels. Le groupe a confirmé que leur technique mathématique produisait des conceptions de manipulateurs avec des comportements similaires aux modèles informatiques. Ils ont validé leurs résultats à l’aide d’expériences simples.

« Pour réaliser des applications vraiment polyvalentes des manipulateurs souples conçus, davantage de travail est nécessaire », a déclaré l’auteur Guoying Gu.

Parmi ces futurs travaux figurent des stratégies pour étendre l’approche aux systèmes à actionneurs multiples. De plus, le processus de conception inverse n’est toujours pas entièrement automatique, car la première étape du processus nécessite qu’un opérateur humain choisisse les régions de la courbe qui sont affectées à la torsion, à la flexion ou à la déformation hélicoïdale.

« Nous pouvons imaginer un système automatisé pour effectuer cette étape en utilisant l’apprentissage automatique ou d’autres méthodes », a déclaré Gu.

Ce travail devrait avoir des applications dans les pinces robotiques, les dispositifs implantables et portables et les robots se déplaçant sur des terrains imprévisibles.


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Plus d’information:
« Modélisation et conception inverse de manipulateurs souples pneu-net multi-segments bio-inspirés pour le mouvement de trajectoire 3-D » Examens de physique appliquée, DOI : 10.1063/5.0054468

Fourni par l’Institut américain de physique

Citation: Manipulateurs robotiques flexibles en forme de tentacules inspirés de la nature (2021, 21 décembre) récupérés le 21 décembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-12-flexible-tentaclelike-robotic-nature.html

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