Une libellule robotique douce signale des perturbations environnementales – Science

  • FrançaisFrançais



  • Les ingénieurs de l’Université Duke ont développé un robot sans électronique, entièrement doux, en forme de libellule, capable de survoler l’eau et de réagir aux conditions environnementales telles que le pH, la température ou la présence d’huile. La démonstration de la preuve de principe pourrait être le précurseur de sentinelles environnementales plus avancées, autonomes et à longue portée pour surveiller un large éventail de signes révélateurs potentiels de problèmes.

    Le robot logiciel est décrit en ligne le 25 mars dans le journal Systèmes intelligents avancés.

    Les robots souples sont une tendance croissante dans l’industrie en raison de leur polyvalence. Les pièces molles peuvent manipuler des objets délicats tels que des tissus biologiques que des composants métalliques ou céramiques endommageraient. Les corps souples peuvent aider les robots à flotter ou à se faufiler dans des espaces restreints où des cadres rigides se coinceraient.

    Le domaine en expansion était dans l’esprit de Shyni Varghese, professeur de génie biomédical, de génie mécanique et de science des matériaux, et de chirurgie orthopédique chez Duke, lorsque l’inspiration a frappé.

    “J’ai reçu un e-mail de Shyni de l’aéroport disant qu’elle avait une idée pour un robot doux qui utilise un hydrogel auto-guérissant que son groupe a inventé dans le passé pour réagir et se déplacer de manière autonome”, a déclaré Vardhman Kumar, étudiant au doctorat à Varghese. laboratoire et premier auteur de l’article. «Mais c’était l’étendue de l’e-mail, et je n’ai plus entendu parler d’elle pendant des jours. Donc, l’idée est restée dans les limbes pendant un petit moment jusqu’à ce que j’aie assez de temps libre pour la poursuivre, et Shyni a dit d’y aller. il.”

    En 2012, Varghese et son laboratoire ont créé un hydrogel auto-cicatrisant qui réagit aux changements de pH en quelques secondes. Qu’il s’agisse d’une fissure dans l’hydrogel ou de deux pièces adjacentes “peintes” avec lui, un changement d’acidité amène l’hydrogel à former de nouvelles liaisons, qui sont complètement réversibles lorsque le pH revient à ses niveaux d’origine.

    L’idée écrite à la hâte de Varghese était de trouver un moyen d’utiliser cet hydrogel sur un robot doux qui pourrait voyager à travers l’eau et indiquer les endroits où le pH change. Avec quelques autres innovations pour signaler les changements dans son environnement, elle a pensé que son laboratoire pourrait concevoir un tel robot comme une sorte de capteur environnemental autonome.

    Avec l’aide d’Ung Hyun Ko, stagiaire postdoctoral également dans le laboratoire de Varghese, Kumar a commencé à concevoir un robot doux basé sur une mouche. Après plusieurs itérations, le couple a opté pour la forme d’une libellule conçue avec un réseau de microcanaux intérieurs qui lui permettent d’être contrôlée avec la pression de l’air.

    Ils ont créé le corps – environ 2,25 pouces de long avec une envergure de 1,4 pouces – en versant du silicium dans un moule en aluminium et en le faisant cuire. L’équipe a utilisé la lithographie douce pour créer des canaux intérieurs et connectés avec des tubes flexibles en silicium.

    DraBot est né.

    «Faire en sorte que DraBot réponde aux commandes de pression d’air sur de longues distances en utilisant uniquement des auto-actionneurs sans aucune électronique a été difficile», a déclaré Ko. “C’était certainement la partie la plus difficile.”

    DraBot fonctionne en contrôlant la pression d’air entrant dans ses ailes. Des microcanaux transportent l’air dans les ailes avant, où il s’échappe par une série de trous pointés directement dans les ailes arrière. Si les deux ailes arrière sont abaissées, le flux d’air est bloqué et DraBot ne va nulle part. Mais si les deux ailes sont levées, DraBot avance.

    Pour ajouter un élément de contrôle, l’équipe a également conçu des actionneurs de ballon sous chacune des ailes arrière près du corps de DraBot. Lorsqu’ils sont gonflés, les ballons font s’enrouler les ailes vers le haut. En changeant les ailes vers le haut ou vers le bas, les chercheurs indiquent à DraBot où aller.

    “Nous étions heureux quand nous avons pu contrôler DraBot, mais c’est basé sur des êtres vivants”, a déclaré Kumar. “Et les êtres vivants ne se déplacent pas seulement seuls, ils réagissent à leur environnement.”

    C’est là qu’intervient l’hydrogel auto-cicatrisant. En peignant un ensemble d’ailes avec l’hydrogel, les chercheurs ont pu rendre DraBot réactif aux changements du pH de l’eau environnante. Si l’eau devient acide, l’aile avant d’un côté fusionne avec l’aile arrière. Au lieu de voyager en ligne droite comme indiqué, le déséquilibre fait tourner le robot en cercle. Une fois que le pH est revenu à un niveau normal, l’hydrogel «ne guérit», les ailes fusionnées se séparent et DraBot redevient totalement réactif aux commandes.

    Pour renforcer sa conscience environnementale, les chercheurs ont également exploité les éponges sous les ailes et dopé les ailes avec des matériaux sensibles à la température. Lorsque DraBot effleure de l’eau avec de l’huile flottant à la surface, les éponges l’absorbent et changent de couleur en la couleur correspondante de l’huile. Et lorsque l’eau devient trop chaude, les ailes de DraBot passent du rouge au jaune.

    Les chercheurs pensent que ces types de mesures pourraient jouer un rôle important dans un capteur robotique environnemental à l’avenir. La réactivité au pH peut détecter l’acidification de l’eau douce, qui est un problème environnemental sérieux affectant plusieurs régions géologiquement sensibles. La capacité d’absorber les huiles fait de ces robots d’écrémage à longue distance un candidat idéal pour la détection précoce des déversements d’hydrocarbures. Le changement de couleur dû aux températures pourrait aider à repérer les signes de marée rouge et le blanchissement des récifs coralliens, ce qui entraîne un déclin de la population de la vie aquatique.

    L’équipe voit également de nombreuses façons d’améliorer leur preuve de concept. Les caméras sans fil ou les capteurs à semi-conducteurs pourraient améliorer les capacités de DraBot. Et créer une forme de propulseur embarqué aiderait des robots similaires à se libérer de leur tube.

    “Au lieu d’utiliser la pression de l’air pour contrôler les ailes, je pourrais envisager d’utiliser une sorte de biologie synthétique qui génère de l’énergie”, a déclaré Varghese. “C’est un domaine totalement différent de celui dans lequel je travaille, nous devrons donc avoir une conversation avec des collaborateurs potentiels pour voir ce qui est possible. Mais cela fait partie du plaisir de travailler sur un projet interdisciplinaire comme celui-ci.”

    Ce travail a été principalement effectué à l’installation de matériaux partagés et d’instrumentation (SMIF) de l’Université Duke, une installation centrale soutenue par la National Science Foundation (ECCS-1542015) dans le cadre de l’infrastructure nationale coordonnée de nanotechnologie (NNCI).

    Vidéo: https://www.youtube.com/watch?v=bTjZQMvagJ8&t=2s

    Source

    N'oubliez pas de voter pour cet article !
    1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
    Loading...

    Houssen Moshinaly

    Rédacteur web depuis 2009 et webmestre depuis 2011.

    Je m'intéresse à tous les sujets comme la politique, la culture, la géopolitique, l'économie ou la technologie. Toute information permettant d'éclairer mon esprit et donc, le vôtre, dans un monde obscur et à la dérive.

    Je suis l'auteur de plusieurs livre

    Pour me contacter personnellement :

    Laisser un commentaire

    Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.