Robot souple de torsion alimenté par la lumière capable de monter rapidement des escaliers

Robot souple de torsion alimenté par la lumière capable de monter rapidement des escaliers

Illustration pour comparer les mouvements d’obstacles surmontant le robot mou roulant et le robot mou torsionnel. Le robot souple en torsion peut surmonter les obstacles avec une hauteur élevée et un mouvement de génération potentiel. Crédit : Université Inha

Les matériaux cristallins liquides fonctionnalisés par l’azobenzène peuvent être actionnés par des stimuli lumineux à distance sans circuits ou pièces compliqués et attirent donc une grande attention dans des domaines tels que les interfaces humaines, les dispositifs haptiques et les robots mous miniaturisés.

Démontrant des mouvements induits par la lumière dans le robot mou, des études antérieures avaient signalé des mouvements de rampement et de marche, avec une grande friction observée. Récemment, un mouvement de roulement dans des robots souples hélicoïdaux cylindriques et multitours a été signalé, ce qui réduit le frottement en adoptant une résistance au roulement, un peu comme la roue. Cependant, rouler n’est pas une stratégie efficace pour monter les escaliers comme nous en faisons l’expérience dans la vie de tous les jours.

Les chercheurs sont allés plus loin et ont mis en œuvre un mouvement de torsion du robot souple en forme d’hélice à un tour qui maximisait le diamètre hélicoïdal par unité de longueur, un facteur étroitement lié à la hauteur de l’obstacle qu’un robot souple peut surmonter. Dans le cas d’une hélice à un tour, le robot mou en torsion roulant sur le sol n’entre en contact qu’avec un et deux points, tandis qu’une seule extrémité du robot mou est capable de franchir les obstacles. Avec ces observations, il était clair qu’une hélice à un tour serait une conception efficace qui minimiserait la résistance au roulement tout en maximisant la portée en hauteur du robot souple.

Pour surmonter les obstacles, le robot mou en torsion aurait besoin de soulever tout son corps sur un seul point de contact. L’ingénierie moléculaire a permis aux chercheurs de démontrer des robots souples à torsion qui grimpent des marches, ainsi qu’une grande vitesse par longueur de corps (0,15 BL/s) avec un poids corporel léger (0,2 mg). Sept commutateurs moléculaires différents à base d’azobenzène ont été examinés pour programmer l’alignement moléculaire et la densité de réticulation en tant que polymères cristallins liquides. La plupart des études précédentes ont contrôlé la densité de réticulation des polymères par un durcissement incomplet ou l’ajout de monomères non réticulables. Cependant, ces stratégies augmentent les molécules pendantes, qui ne peuvent pas transférer le stress photogénéré des commutateurs moléculaires. En faisant varier la longueur moléculaire des commutateurs moléculaires, les chercheurs ont pu contrôler la densité de réticulation sans augmenter les chaînes pendantes. Par conséquent, un module de Young élevé (> 2 GPa) et une contrainte photogénérée (> 1 MPa) sont atteints. Cela aide les robots souples à maintenir une hauteur de bobine élevée et leur permet de soulever tout le corps avec un seul point de contact sur le substrat. La simulation d’analyse par éléments finis permet également de comprendre le mécanisme de locomotion des robots mous en torsion.

Robot souple de torsion alimenté par la lumière capable de monter rapidement des escaliers

Surmonter les mouvements d’obstacles des robots mous. a) Mouvement de roulement du robot souple hélicoïdal. b) Mouvement d’escalade tête-bêche d’un robot mou en torsion. c) Mouvement d’escalade tête à tête d’un robot mou en torsion lorsqu’il est coincé dans un espace. d) Mouvement continu de montée de marches en tête-à-tête. Crédit : Université Inha

Les chercheurs ont également optimisé les conditions de température des robots souples viscoélastiques en fonction de la température de transition vitreuse. Dans un état vitreux, la vitesse des robots mous a augmenté à une température plus élevée, car les matériaux plus mous sont plus faciles à reconfigurer. Cependant, l’inverse est observé dans un état caoutchouteux. À une température trop élevée, les robots mous ne peuvent pas générer suffisamment de stress et dissiper le stress photogénéré, illustrant l’importance de la viscoélasticité dans les robots mous à base de polymères.

Grâce à ce travail, une nouvelle conception de robot souple en torsion peut étendre le potentiel de l’application de robot souple dans divers domaines où un actionnement plus fort ou une portée élevée est nécessaire tout en augmentant nos connaissances fondamentales sur la relation structure-propriété dans les robots souples entraînés par la lumière.


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Plus d’information:
Jae Gwang Kim, Jisoo Jeon, Rajamanickam Sivakumar, Jonggeon Lee, Yun Ho Kim, Maenghyo Cho, Ji Ho Youk, Jeong Jae Wie, Escalade alimentée par la lumière de robots souples de torsion monolithiques via l’ingénierie moléculaire, Systèmes intelligents avancés (2021). DOI : 10.1002/aisy.202100148

Fourni par l’Université Inha

Citation: Robot souple de torsion alimenté par la lumière capable de monter rapidement des escaliers (2021, 25 octobre) récupéré le 25 octobre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-10-light-fueled-torsional-soft-robot-rapidly.html

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