Un nouveau micro-robot aérien basé sur des actionneurs en élastomère diélectrique

Un nouveau micro-robot aérien basé sur des actionneurs en élastomère diélectrique

Un robot microscopique de 0,16 g alimenté par un actionneur souple semblable à un muscle. Crédit : Ren et al.

Les robots de petite taille pourraient avoir d’innombrables applications précieuses, par exemple, aider les humains lors de missions de recherche et de sauvetage, effectuer des interventions chirurgicales précises et des interventions agricoles. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont récemment créé un petit robot volant basé sur une classe de muscles artificiels appelés actionneurs en élastomère diélectrique (DEA).

Ce nouveau robot, présenté dans un article publié dans Wiley’s Matériaux avancés journal, a largement surpassé de nombreux micro-systèmes basés sur la DEA développés dans le passé. Plus particulièrement, le robot peut fonctionner à basse tension et a une grande endurance malgré sa taille miniature.

« Notre groupe a une vision à long terme de créer un essaim de robots ressemblant à des insectes qui peuvent effectuer des tâches complexes telles que la pollinisation assistée et la recherche et le sauvetage collectifs », a déclaré Kevin Chen, l’un des chercheurs qui a mené l’étude. Tech Xplore. « Depuis trois ans, nous travaillons au développement de robots aériens entraînés par des actionneurs souples semblables à des muscles. »

Dans leurs recherches précédentes, Chen et ses collègues ont présenté plusieurs microrobots capables de voler remarquablement bien, d’effectuer des mouvements acrobatiques dans les airs et de récupérer rapidement après une collision avec d’autres objets. Malgré ces résultats prometteurs, les actionneurs souples qui sous-tendent ces systèmes nécessitaient une tension de commande élevée de 2 kV, ce qui empêchait les robots de fonctionner sans alimentation externe.

« Pour voler sans fil, l’actionneur souple doit fonctionner à une tension inférieure », a expliqué Chen. « Par conséquent, l’objectif principal de notre récente étude était de réduire la tension de fonctionnement des DEA de type musculaire. »

Un nouveau micro-robot aérien basé sur des actionneurs en élastomère diélectrique

Un robot mou à petite échelle atterrit sur une fleur. Crédit : Ren et al.

Les actionneurs qui sous-tendent le nouveau robot sous-gramme du MIT fonctionnent comme une paire de condensateurs souples. En d’autres termes, lorsqu’une tension leur est appliquée, une force électrostatique serre les actionneurs et les fait se déformer, de la même manière que les muscles humains et animaux se contractent.

« Ce petit actionneur oscille 400 fois par seconde et son mouvement entraîne une paire d’ailes battantes, qui génèrent une force de portance et permettent au robot de voler », a déclaré Chen. « Par rapport à d’autres petits robots volants, notre robot souple a l’avantage unique d’être robuste et agile. Il peut heurter des obstacles pendant le vol et récupérer et il peut effectuer un virage à 360 degrés en 0,16 seconde. »

Lors du développement de leur robot, Chen et ses collègues se sont inspirés de la nature et des mécanismes biologiques complexes qui sous-tendent la locomotion animale. En fin de compte, ils souhaitaient reproduire artificiellement les capacités de vol des insectes, mais avec une tension d’entraînement inférieure à celle requise pour faire fonctionner les systèmes qu’ils avaient créés dans le passé.

« Par rapport aux travaux antérieurs, la tension de commande des actionneurs souples est réduite de 2 kV à 500 V », a déclaré Chen. « En outre, le levage net du robot augmente de 80 %. Avec une tension de fonctionnement plus faible et une charge utile plus élevée, ce travail ouvre des opportunités pour l’intégration de batteries et d’électronique de puissance. Nous pensons que ce travail est une étape importante pour le développement de robots aériens autonomes en énergie alimentés par soft actionneurs. »

La conception basée sur la DEA introduite par cette équipe de chercheurs pourrait bientôt ouvrir la voie au développement de robots de plus en plus avancés et non attachés. Par exemple, cela pourrait inspirer la création de robots biomimétiques sophistiqués qui peuvent se fondre dans l’environnement, y compris des robots qui ressemblent à des libellules ou des colibris.

« Nous explorons maintenant deux directions de recherche différentes », a ajouté Chen. « Premièrement, nous continuerons à réduire la tension de fonctionnement de la DEA, et notre prochain objectif est de la réduire à moins de 100 V, car cela ouvrirait davantage d’opportunités pour la conception de circuits miniatures. Deuxièmement, nous concevrons de petits circuits et des batteries pour notre petit robot. . Nous espérons qu’un jour notre robot emportera ses propres sources d’énergie et volera sans fil. »


Muscles artificiels basse tension et à forte densité énergétique qui améliorent les performances des microrobots volants


Plus d’information:
Micro-robot aérien à grande portance alimenté par des actionneurs en élastomère diélectrique basse tension et longue endurance. Matériaux avancés(2021). DOI : 10.1002/adma.202106757.

© 2021 Réseau Science X

Citation: Un nouveau micro robot aérien basé sur des actionneurs en élastomère diélectrique (2021, 17 décembre) récupéré le 17 décembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-12-micro-aerial-robot-based-dielectric.html

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