Une approche universelle de la personnalisation des robots mous

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Crédit : CC0 Domaine public

En combinant deux approches distinctes dans un flux de travail intégré, les chercheurs de l’Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) ont développé un nouveau processus automatisé pour la conception et la fabrication de robots souples personnalisés. Leur méthode, publiée dans Technologies avancées des matériaux, peut être appliqué à d’autres types de robots mous, ce qui permet d’adapter leurs propriétés mécaniques de manière accessible.

Bien que les robots soient souvent décrits comme des structures métalliques rigides, une classe émergente de machines flexibles connues sous le nom de robots souples gagne rapidement du terrain. Inspirés par les formes flexibles des organismes vivants, les robots mous ont de larges applications dans la détection, le mouvement, la saisie et la manipulation d’objets, entre autres. Pourtant, ces robots sont encore principalement fabriqués à l’aide de techniques de coulée manuelle, ce qui limite la complexité et les géométries qui peuvent être réalisées.

« La plupart des approches de fabrication sont principalement manuelles en raison d’un manque d’outils standard », a déclaré le professeur assistant SUTD Pablo Valdivia y Alvarado, qui a dirigé l’étude. « Mais l’impression 3D ou la fabrication additive entrent lentement en jeu car elles facilitent la répétabilité et permettent des conceptions plus complexes, améliorant ainsi la qualité et les performances. »

Selon le Dr Valdivia y Alvarado, l’impression 3D intégrée, dans laquelle diverses encres de matériaux sont extrudées dans une matrice de support, est particulièrement adaptée à la fabrication de robots souples composés de plusieurs matériaux ou composites. Cependant, pour s’assurer que ces robots sont conçus de manière optimale, l’équipe s’est tournée vers l’optimisation de la topologie (TO), où des modèles mathématiques sont utilisés pour concevoir des structures sur mesure dans le cadre d’un ensemble de contraintes.

En automatisant ces deux étapes clés dans un cadre unique, les auteurs espéraient développer un flux de travail intégré pour créer des robots logiciels personnalisés et minimiser les erreurs potentielles en cours de route. Pour l’étude, le groupe a utilisé un robot nageur autonome inspiré des batoïdes. Le flux de travail commence par définir la géométrie des ailettes du robot, après quoi TO est utilisé pour générer la structure souhaitée avec les propriétés souhaitées dans les contraintes de matériau et de mouvement prescrites. La conception optimisée est ensuite transformée en un code qui est lu par les imprimantes 3D personnalisées de l’équipe, qui à leur tour fabriquent le robot.







Robot doux aux propriétés de nage optimisées. Crédit : SUTD

Les robots souples inspirés des batoïdes ont été conçus pour survivre aux conditions difficiles de l’environnement marin et l’approche s’est concentrée sur l’adaptation de la composition de leurs nageoires et sur l’évaluation de l’impact de ces changements sur les performances de nage du robot fabriqué.

Plus précisément, trois types d’ailerons ont été créés, avec deux ailerons respectivement faits de matériaux souples et rigides ainsi qu’un troisième aileron conçu en combinant les deux matériaux. Contrairement aux deux premiers ailerons, qui ont été fabriqués selon des méthodes traditionnelles, le troisième aileron composite a été fabriqué selon le flux de travail intégré.

Incroyablement, le robot souple avec les ailerons composites optimisés était 50 pour cent plus rapide que son homologue avec l’aileron souple traditionnellement coulé, avec une vitesse légèrement supérieure à celle du robot avec l’aileron dur. Le même prototype avec l’aileron composite a également tourné environ 30 % plus vite par rapport à l’aileron souple et avait le plus petit rayon de braquage parmi les trois robots, ce qui le rendait meilleur pour manœuvrer dans l’eau.

Après avoir démontré avec succès l’efficacité de leur approche, le Dr Valdivia y Alvarado a noté que leur flux de travail pour la fabrication de robots souples multi-matériaux optimisés peut être appliqué universellement pour concevoir d’autres robots souples.

« Par exemple, si nous construisons un capteur, notre objectif en TO pourrait être d’adapter la conductivité électrique de certaines parties de la structure », a déclaré le Dr Valdivia y Alvarado. « La personnalisation des propriétés optiques, thermiques, électriques, ainsi que d’autres propriétés physico-chimiques serait également intéressante pour d’autres applications. »


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Plus d’information:
Narasimha Boddeti et al, Optimal Soft Composites for Under‐Actuated Soft Robots, Technologies avancées des matériaux (2021). DOI : 10.1002 / admt.202100361

Fourni par l’Université de technologie et de design de Singapour

Citation: Une approche universelle de la personnalisation des robots souples (2021, 7 juillet) récupéré le 7 juillet 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-07-universal-approach-tailoring-soft-robots.html

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