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Le premier oscillateur à anneau souple permet aux robots doux de rouler, onduler, trier, doser des liquides et avaler

Des robots doux pour tous

Utilisation de l’oscillateur à anneau souple pour commander un dispositif mécanothérapeutique de gonflage appliqué au bas de la jambe. Crédit: Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

Les robots doux ne peuvent pas toujours rivaliser avec les durs. Leurs frères rigides dominent les chaînes de montage, exécutent des backflips, dansent sur "Uptown Funk" de Bruno Mars, volent, plongent et marchent à travers des volcans.

Mais chaque année, robots mous acquérir de nouvelles capacités. Ils ont appris à sauter, à se tortiller et à s'agripper. Et, contrairement aux robots durs, ils peuvent manipuler les tomates sans abîmer le fruit, resurgir indemnes après avoir été écrasés par une voiture et voyager à travers les radiations, les zones sinistrées et l’espace extra-atmosphérique avec peu de cicatrices. Pour les humains et les animaux, ils ont une "fonction coopérative": un toucher doux.

Récemment, des chercheurs du laboratoire de George M. Whitesides, du professeur Woodford L. et de la professeure Ann A. Flowers, ont inventé les remplacements progressifs des dernières pièces dures nécessaires à la robot. Au lieu d'électricité et de fils, l'air sous pression se dilate et contracte les pneumatiques en caoutchouc pour créer un mouvement, les valves souples prennent le relais pour la logique numérique souple et douce répliquant les mêmes capacités qu'un ordinateur électronique.

Maintenant, la dernière invention douce de Daniel J. Preston, chercheur postdoctoral, donne à ces robots de nouveaux mouvements complexes. En tant que premier auteur d’une étude publiée dans Science robotique, il présente le premier oscillateur à anneau souple, qui donne aux robots légers la capacité de rouler, onduler, trier, doser, mesurer et avaler des liquides.

Vidéo: l'oscillateur en anneau est compressé manuellement à 25% de sa taille initiale, après quoi il reprend son fonctionnement. Crédit: Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

"C’est un autre outil de la boîte à outils permettant de fabriquer ces robots intelligents et souples sans système électronique et sans vannes rigides", a déclaré Preston.

Jusqu'à présent, les oscillateurs à anneau étaient constitués de transistors électroniques ou de microfluidiques. L'électronique nécessite toujours des composants durs. La plupart des microfluidiques aussi. Beaucoup utilisent le verre pour leurs systèmes d'eau ou d'air sous pression et ont besoin de canaux minces ne pouvant gérer que des débits très faibles, limitant les vitesses de fonctionnement. Les minuscules systèmes microfluidiques peuvent atteindre des fréquences plus élevées que celles de l'oscillateur à anneau à échelle macroscopique de Preston, mais son équipe dispose déjà de plans pour ajuster son système souple afin d'atteindre des vitesses plus élevées, si nécessaire.

L'oscillateur à anneau souple – comme tous les oscillateurs à anneau – repose sur des inverseurs (portes logiques numériques "NON"). Les inverseurs de Preston, par exemple, manipulent la pression de l'air dans les tubes en caoutchouc de son robot: si l'entrée est haute pression, la sortie sera basse pression et vice versa. Lorsque trois portes ou un nombre impair de portes sont connectées dans un anneau, le décalage d'une porte déclenche la suivante, ce qui déclenche la suivante, et ainsi de suite.

"La réponse positive que vous obtenez lorsque vous combinez un nombre impair de ces onduleurs dans une boucle est une instabilité qui se déplace autour de la boucle", a déclaré Preston. Semblable à un slinky qui s’effondre pour descendre un escalier, un mouvement déclenche le suivant, créant ainsi une allure constante sans qu’il soit nécessaire de faire un autre effort.

Vidéo de la translation d'un objet sphérique autour d'une piste élastomère circulaire. Crédit: Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

Pour tester ce que l'oscillateur à anneau souple pouvait faire, Preston et son équipe ont créé cinq prototypes de robots souples. Chacun utilise une source unique et constante de pression d’air pour faire fonctionner trois actionneurs pneumatiques (les inverseurs).

Un prototype pousse une balle autour d'un anneau. Une autre ondule une étape pour maintenir des perles de deux tailles différentes rouler contre le bord. Finalement, toutes les petites perles tombent dans un trou sur le côté de la scène. Ils se débrouillent.

Vidéo de tri de particules utilisant un étage en élastomère entraîné par l'oscillateur à anneau souple. Crédit: Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

"L'oscillateur en anneau est vraiment bon pour des choses comme les mouvements de roulement", dit Preston. Rouler nécessite la coordination de plusieurs actions dans le temps. Une seule entrée et une seule sortie ne suffiront pas. Par exemple, pour faire avancer leur robot mousse hexagonal, l’oscillateur à anneau permet de gonfler un ballon derrière le robot et d’en dégonfler un à l’avant exactement au même moment. L'action coordonnée push-and-release déplace l'hexagone encore et encore lorsque les ballons se gonflent et se dégonflent de manière parfaitement synchronisée.

Encore un autre prototype fournit un objectif plus concret. Un manchon à base de textile, enroulé autour du partie inférieure de la jambe et sécurisé avec du Velcro, exerce une pression coordonnée, "pompant" le fluide dans la jambe.

Vidéo d'activation d'un robot soft roulant avec un oscillateur à anneau souple intégré. Crédit: Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

Selon des études récentes, ce mouvement de "pompage" améliore mieux les symptômes du lymphoedème et de la maladie veineuse chronique que la simple compression. Le dispositif pourrait également aider les infirmières, les serveurs et les agents de police à prévenir la thrombose veineuse profonde résultant du travail prolongé sur des pieds fatigués.

Avant de commencer les essais cliniques pour leur manche, l’équipe souhaite jauger leur intérêt. Si suffisamment de personnes recherchent un moyen plus doux et moins coûteux d'atténuer et de prévenir les symptômes, le produit pourrait simplement trouver un marché suffisamment important pour mériter des recherches plus poussées.

Démonstration d'une structure à un seul inverseur (vanne) dans l'oscillateur à anneau souple lorsque le flux d'air est activé et désactivé. Crédit: Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

Le faible coût des matériaux de Preston – des élastomères de silicone ressemblant à du caoutchouc – en fait un produit idéal pour des soins à domicile peu coûteux. Des versions biocompatibles, jetables, douces et stériles peuvent être utilisées pour des expériences de laboratoire, l'administration de médicaments, ou même des dispositifs médicaux à l’intérieur du corps comme cette manche qui aide le cœur à battre. Le prototype final de Preston peut trier trois liquides de couleurs différentes selon une séquence et une durée prédéterminées, un outil qui pourrait s'avérer utile pour les chimistes.

Bien que tous les prototypes de Preston soient fabriqués uniquement avec des matériaux souples, ils ne sont pas encore déconnectés: ils reposent tous sur une source constante d'air sous pression. Pourtant, Preston et ses collègues ont quelques solutions à cela aussi. Pour la manche de la jambe, les patients pourraient fournir leur propre air avec une pompe à main comme celle utilisée pour prendre la tension artérielle. Et les robots mous dans les tranchées pourraient utiliser des cartouches de dioxyde de carbone mobiles, attachées comme un sac à dos, ou des réactions chimiques générant du gaz pour mettre le robot en mouvement.

La vidéo de séparation des fluides contrôlait l'oscillateur à anneau souple. Crédit: Preston et al., Sci. Robot. 4, eaaw5496 (2019)

Mais Preston s'attend à ce que son nouvel outil réalise bien plus que les applications présentées dans ses cinq prototypes. Comme le document explique comment reproduire et personnaliser la conception, il espère que les autres laboratoires trouveront encore plus d'utilisations. "Les gens peuvent utiliser le soft bague oscillateur pour de nombreuses applications différentes en robotique douce, dont certaines auxquelles nous n’avons peut-être même pas pensé ou que nous n’avons pas envisagées. "


Un ordinateur en caoutchouc élimine les derniers composants durs des robots logiciels


Plus d'information:
D.J. Preston el al., "Un oscillateur à anneau souple" Science robotique (2019). robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.aaw5496

Fourni par
Université de Harvard

Citation:
                                                 Le premier oscillateur à anneau souple permet aux robots doux de rouler, onduler, trier, doser des liquides et les avaler (2019, 26 juin)
                                                 récupéré le 26 juin 2019
                                                 à partir de https://techxplore.com/news/2019-06-soft-oscillator-robots-undulate-meter.html

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