Que sont les robots mous?
La robotique douce est une branche spécifique de la robotique qui traite
La robotique douce dépend en grande partiecomment les organismes vivants se déplacent et s'adaptent à leur environnement. Contrairement aux robots construits à partir de matériaux rigides, les robots souples offrent une flexibilité et une adaptabilité accrues pour effectuer des tâches, ainsi qu'une sécurité accrue lorsque vous travaillez avec des personnes. Ces caractéristiques lui permettent d'être utilisé en médecine et dans l'industrie.
La robotique douce conçoit principalementdes robots entièrement faits de matériaux souples. En conséquence, les robots résultants ressemblent à des invertébrés tels que des vers ou des poulpes. Simuler le mouvement de tels robots est une tâche difficile. Le fait est que pour de tels processus, il est nécessaire d'appliquer les méthodes de la mécanique du continuum. C'est pourquoi les robots logiciels sont parfois appelés robots continus.
Rappelons que la mécanique des continus - sectionla mécanique, la physique du continuum et la physique de la matière condensée, consacrées au mouvement des solides gazeux, liquides et déformables, ainsi qu'aux interactions de forces dans ces corps.
Hybrides de robots souples et durs
Pour étudier les phénomènes biologiques, les scientifiques créent des robots mous à l'image d'organismes vivants et mènent des expériences difficiles à réaliser sur des organismes réels.
Cependant, il existe des robots rigides qui sont également capables de déformation continue, comme le robot serpent.
Les constructions souples peuvent être utilisées dans le cadre derobot rigide plus grand. Les effecteurs souples de robot pour saisir et manipuler des objets offrent un avantage. Le fait est qu'ils ne détruisent pas les objets fragiles.
Il est également possible de créer des hybrides soft-hardrobots qui ont un cadre rigide interne et des éléments souples externes. Les éléments mous peuvent avoir de nombreuses fonctions: à la fois des mécanismes agissant similaires aux muscles des animaux et un matériau de rembourrage pour assurer la sécurité en cas de collision avec des humains.
Un robot à roues avec des jambes souples et la capacité de se déplacer sur le sol.
Photo: Ali Sadeghi, Alessio Mondini, Emanuela Del Dottore, Anand Kumar Mishra et Barbara Mazzolai
Les robots souples peuvent être pliés dans n'importe quelle formeformulaire. Ils sont constitués de matériaux très mous, notamment de nanomatériaux. Cela les fait ressembler davantage à des parties du corps humain, comme les muscles. En fait, on pourrait dire que ces robots prennent presque vie grâce aux nanomatériaux.
Malgré de nombreuses recherches dans le domaine des robots logiciels, les ingénieurs en sont encore au tout début de leur parcours. Cependant, les experts prédisent que d’ici 2024, leur marché atteindra 2,16 milliards de dollars.
En quoi les robots souples sont-ils différents des robots ordinaires?
Les robots métalliques sont beaucoup plus limités. Ils ont été conçus avec rapidité et précision à l'esprit, ce qui les rend idéaux pour des tâches telles que le travail à la chaîne de montage. Mais ils ne sont pas si universels.
Les robots souples sont différents des robots industriels ourobots collaboratifs en ce que leur construction est faite de matériaux souples et souples. Leur conception est très différente de toute autre forme de robots, et de la même manière, les robots mous remplissent des fonctions très différentes.
La plupart des robots doux sont encoredans les premiers stades de développement, et le tout premier robot logiciel a été développé en 2011 par le professeur de Harvard George Whitesides. Depuis lors, le nombre et les types de robots logiciels ont considérablement augmenté. Bien qu'ils puissent être plusieurs années loin de leur viabilité commerciale réelle, ils représentent toujours une technologie passionnante avec un grand potentiel.
Les robots souples - une innovation passionnante dans le mondela robotique. Les cinq types de robots logiciels ci-dessus peuvent avoir le plus grand potentiel commercial de tous les types de robots logiciels actuellement en cours de développement.
Contrairement aux robots industriels ou collaboratifs, les robots souples servent une grande variété d'applications.
Comment les robots logiciels sont-ils utilisés?
L'attrait des robots souples réside dans leur flexibilité et leur polyvalence.
6 types prometteurs de robots souples
Il existe de nombreux types de robots logiciels, mais il existe 6 applications différentes qui promettent le plus grand potentiel commercial.
- Muscles robotiques: plusieurs types sont actuellement en cours de développementdes robots mous qui agiront comme des muscles robotiques. L'un des prototypes les plus prometteurs s'inspire de l'origami. Sa structure pliée peut soulever 1 000 fois son propre poids et mesure de quelques millimètres à un mètre de longueur. De plus, les scientifiques travaillent actuellement à la création de robots à l'échelle nanométrique à partir de l'ADN.
- Robots grimpeurs :ces types de robots ont de nombreux potentielsapplications allant de l'inspection et de l'entretien des bâtiments aux opérations de recherche et de sauvetage. Une version des robots d'escalade souples a une conception incurvée, un peu comme une chenille. Cela lui permet de ramper vers le haut et vers le bas des structures de différentes tailles.
- Des robots comestibles. Le premier projet de tels robots créé par l'équipe de l'école de Philadelphie pour le concours annuel de Soft Robotics. Ces robots biodégradables peuvent délivrer des médicaments en toute sécurité à diverses parties du corps.
- Robots portables.Ces dispositifs biomimétiques peuvent aiderun patient en rééducation physique. Le robot doux imite le mouvement naturel du corps où qu'il se trouve, aidant le patient à retrouver une fonction motrice normale.
- Robots prothétiques.Des robots mous peuvent être utilisés pour créerdes prothèses supérieures pour les personnes à qui il manque des membres ou des parties du corps. Souvent, la technologie de la robotique douce est utilisée au bout d’une main prothétique pour saisir des objets avec plus de délicatesse et de précision.
- Robots astronautes. Les scientifiques de la NASA suggèrent qu’un jour ils voleront à la surface de Mars. D’autres conçoivent déjà des robots qui travailleront dans les parties du corps humain les plus difficiles d’accès.
Bien que les robots souples puissent également être utilisésenvironnements industriels - en particulier en tant que robots collaboratifs (également appelés «cobots») travaillant avec des humains, ils ne sont guère limités à cela.
Le premier robot autonome doux au monde
En 2016, des scientifiques de Harvard ont utilisécaoutchouc de silicone liquide pour le développement d'Octobot, le premier robot autonome souple au monde. Inspirés des pieuvres, ces robots souples peuvent tourner et surmonter des obstacles qui ne seraient peut-être pas possibles pour des robots métalliques pointus et rigides comme ceux représentés dans "The Terminator" ou "Star Wars".
Étonnamment, October est moins cher à fabriquerqu'un latte, et il ne coûte que 5 cents pour le faire le plein. On peut imaginer des centaines de robots doux bon marché envoyés pour enquêter sur la scène, surmonter les obstacles et les goulots d'étranglement pour aider à l'opération de sauvetage.
«L'objectif principal de la robotique douce n'est pas de créerdes machines ultra-précises, car nous les avons déjà '', a déclaré l'ingénieur biomédical Jada Gerboni dans son discours TED 2018. "Et rendre les robots capables de résister à des situations inattendues dans le monde réel."
Robots mous en médecine
Les robots souples peuvent être utilisés commeinstruments chirurgicaux et médicaux (en particulier endoscopes). Leur avantage est qu'ils se déplacent à travers les structures corporelles plus facilement que les instruments traditionnels. Cela donne aux médecins une image plus claire de la zone du corps du patient qu'ils souhaitent examiner.
Des vêtements robotiques entièrement doux qui peuvent aider les gens à se déplacer sont un pas de plus vers la réalité avec le développement d'un nouveau système d'alimentation flexible et léger pour la robotique douce.
Découverte faite par une équipe de Bristoluniversitaire, pourrait ouvrir la voie à des appareils fonctionnels portables pour les personnes handicapées et celles souffrant de dégénérescence musculaire liée à l’âge. L'étude a été publiée aujourd'hui dansRobotique scientifique.
Nouvelle pompe mince et légère de la taille d'une carte de crédit. Crédit: Tim Helps, Université de Bristol.
Les robots mous sont faits de matériaux flexibles,qui peut s'étirer et se tordre. Ces matériaux peuvent être utilisés pour fabriquer des muscles artificiels qui se contractent lorsque de l'air y est pompé. La douceur de ces muscles permet l'utilisation de vêtements de soutien. Cependant, jusqu'à présent, ces muscles artificiels pneumatiques étaient entraînés par des pompes électromagnétiques conventionnelles (à moteur), qui sont encombrantes, bruyantes, complexes et coûteuses.
Chercheurs à Bristol SoftLabet le Bristol Robotics Laboratory, dirigé par le professeur de robotique Jonathan Rossiter, ont démontré avec succès une nouvelle pompe électropneumatique souple, flexible, peu coûteuse et facile à fabriquer.
Dans l'article, l'équipe décrit comment le nouveau logicielUne pompe de la taille d'une carte de crédit peut entraîner des muscles artificiels avec une vessie à air et pomper des fluides. L'équipe décrit également les prochaines étapes pour faire de l'habillement puissant une réalité.
De même, les polymères de titane à base de carbonepeut être utilisé en combinaison avec des polymères synthétiques pour créer des muscles artificiels ultra-fins. Cette technologie a été démontrée dans des reproductions d'art de papillons dansants, de feuilles flottantes et de fleurs épanouies au Korea Advanced Institute of Science and Technology.
Comment fonctionnent les robots doux?
Des robots souples spécialement conçus pourimitations de la vie, doivent souvent subir un stress cyclique lors du déplacement ou de l'exécution de toute autre tâche. Par exemple, dans le cas du robot de type lamproie ou seiche décrit ci-dessus, il faudrait l'électrolyse de l'eau et l'allumage du gaz pour se déplacer, ce qui entraînerait une expansion rapide pour propulser le robot vers l'avant. Cette expansion et contraction répétitives et explosives créeront une charge cyclique intense sur le matériau polymère sélectionné. Un robot sous l'eau en Europe serait presque impossible à réparer ou à remplacer, il faut donc veiller à sélectionner un matériau et une conception qui minimisent l'apparition et la propagation de fissures de fatigue. En particulier, un matériau doit être choisi avec une limite d'endurance ou une fréquence d'amplitude de contrainte au-dessus de laquelle la caractéristique de fatigue du polymère ne dépend plus de la fréquence.
Puisque les robots mous sont faits dematériaux, les effets de la température doivent être pris en compte. La limite d'élasticité d'un matériau a tendance à diminuer avec la température, et dans les matériaux polymères, cet effet est encore plus prononcé. À température ambiante et à des températures plus élevées, les longues chaînes de nombreux polymères peuvent s'étirer et glisser les unes sur les autres, empêchant la concentration de contraintes locales dans une zone et rendant le matériau plastique. Mais la plupart des polymères subissent une température de transition ductile à fragile en dessous de laquelle il n'y a pas assez d'énergie thermique pour que les longues chaînes réagissent de cette manière ductile, et la destruction est beaucoup plus probable. On pense que la tendance des matériaux polymères à devenir cassants à des températures plus basses est à l'origine du désastre de la navette Challenger et devrait être prise très au sérieux, en particulier pour les robots mous qui seront introduits dans la médecine. La température de transition ductile à fragile ne doit pas nécessairement être ce qui peut être considéré comme "froid", et est en fait une caractéristique du matériau lui-même, en fonction de sa cristallinité, de sa ténacité, de la taille du groupe latéral (dans le cas des polymères) et d'autres facteurs .
Inconvénients de la technologie
Les robots mous ne sont pas sans inconvénients.Plus précisément, les scientifiques ont découvert que les actionneurs fluides (les dispositifs qui animent réellement les robots) sont lents à s'allumer en raison de la grande quantité de fluide nécessaire au mouvement, ou parce que leur débit est ralenti par diverses structures à l'intérieur du dispositif (telles que des tubes et des vannes). ).
Cependant, les chercheurs de Harvard développentsolution de contournement. Constatant que la flexion de tels jouets libère beaucoup d'énergie, ils conçoivent des actionneurs avec deux couvercles coulissants, l'un à l'intérieur de l'autre. Lorsque le capuchon extérieur est gonflé, la pression augmente contre le capuchon intérieur. Lorsqu'il fléchit, la libération d'énergie met l'appareil en mouvement.
Les robots mous ont un potentiel quis'étend jusqu'à Mars et retour, et ils deviendront sans aucun doute une grande partie de la société dans les années à venir. Leurs capacités ne sont limitées que par l'imagination humaine.
Robots mous et humains
Les robots à corps mou offrent la possibilité deles interactions sociales et tactiles entre un être humain et un robot, qui nécessitent un examen attentif de la possibilité d'attachements émotionnels inappropriés, ainsi que du comportement personnel et socialement destructeur des utilisateurs. Les questions éthiques liées à l'interaction homme-robot et la manière dont elles devraient contribuer à la conception de la robotique douce dans le contexte de l'interaction sociale sont abordées dans un article de la revue Soft Robotics.
Thomas Arnold et Matthias Schoitz, Université Tufts,Medford, Massachusetts, a co-écrit un article intitulé «L'éthique tactile de la robotique douce: conception intelligente pour l'interaction homme-robot». Ils explorent un large éventail de sujets, y compris la capacité des robots doux à toucher et à interagir avec leur environnement, les risques potentiels de former des connexions émotionnelles humaines à sens unique avec les robots et ce pour quoi les robots sociaux devraient être conçus. Pour illustrer certains des problèmes éthiques associés à la robotique douce et les risques potentiels pour la société, les auteurs discutent de l'exemple des robots sexuels.
Les médecins Arnold et Schoitz suggèrent troisle principe du développement de la robotique douce dans le contexte d'une personne sociale et d'un robot. Ils encouragent la communauté de la robotique douce à aborder ces questions éthiques comme un moyen d'améliorer la qualité et l'efficacité de l'interaction homme-robot. «La technologie des robots doux nous apportera bientôt des machines qui interagissent directement avec les humains; il est important de commencer à réfléchir à l'impact qu'ils peuvent avoir sur les situations sociales. Cet article décrit certains des problèmes clés et fournit d'excellentes orientations pour une discussion sérieuse sur la relation homme-robot », conclut Barry A. Trimmer, Ph.D., qui dirige le Laboratoire de neuromécanique et de dispositifs biomimétiques à l'Université Tufts à Medford, Massachusetts .
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