Les scientifiques font un grand pas en avant dans le développement de pinces robotiques souples en intégrant des mécanismes de détection dans les doigts imprimables en 3D –

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  • Si la robotique a remodelé et même redéfini de nombreux secteurs industriels, il existe toujours un fossé entre les machines et les humains dans des domaines tels que la santé et les soins aux personnes âgées. Pour que les robots manipulent ou interagissent en toute sécurité avec des objets fragiles et des organismes vivants, de nouvelles stratégies pour améliorer leur perception tout en rendant leurs parties plus douces sont nécessaires. En fait, construire une pince robotique sûre et adroite avec des capacités similaires à celles de l’homme est actuellement l’un des objectifs les plus importants de la robotique.

    L’un des principaux défis de la conception de pinces robotiques souples est l’intégration de capteurs traditionnels sur les doigts du robot. Idéalement, une pince souple devrait avoir ce que l’on appelle la proprioception – un sens de ses propres mouvements et position – pour être en mesure d’exécuter en toute sécurité des tâches variées. Cependant, les capteurs traditionnels sont rigides et compromettent les caractéristiques mécaniques des parties molles. De plus, les pinces souples existantes sont généralement conçues avec un seul type de sensation proprioceptive; soit la pression, soit la courbure des doigts.

    Pour surmonter ces limitations, des scientifiques de l’Université de Ritsumeikan, au Japon, ont travaillé sur de nouvelles conceptions de pinces souples sous la direction du professeur associé Mengying Xie. Dans leur dernière étude publiée dans Nano énergie, ils ont utilisé avec succès la technologie d’impression 3D multimatériaux pour fabriquer des doigts robotiques souples avec un capteur de proprioception intégré. Leur stratégie de conception offre de nombreux avantages et représente un grand pas vers des robots doux plus sûrs et plus performants.

    Le doigt mou a une chambre de gonflage renforcée qui le fait se plier de manière hautement contrôlable en fonction de la pression d’air d’entrée. De plus, la rigidité du doigt est également réglable en créant un vide dans une chambre séparée. Ceci a été réalisé grâce à un mécanisme appelé brouillage sous vide, par lequel plusieurs couches empilées d’un matériau pliable peuvent être rendues rigides en aspirant l’air entre elles. Les deux fonctions combinées permettent à une pince robotique à trois doigts de saisir et de maintenir correctement tout objet en s’assurant que la force nécessaire est appliquée.

    Le plus remarquable, cependant, est qu’une seule couche piézoélectrique a été incluse parmi les couches de brouillage sous vide en tant que capteur. L’effet piézoélectrique produit une différence de tension lorsque le matériau est sous pression. Les scientifiques ont exploité ce phénomène comme mécanisme de détection du doigt robotique, offrant un moyen simple de détecter à la fois sa courbure et sa rigidité initiale (avant le réglage du vide). Ils ont en outre amélioré la sensibilité du doigt en incluant une couche microstructurée parmi les couches de blocage pour améliorer la répartition de la pression sur le matériau piézoélectrique.

    L’utilisation de l’impression 3D multimatériaux, un processus de prototypage simple et rapide, a permis aux chercheurs d’intégrer facilement les mécanismes de détection et de réglage de la rigidité dans la conception du doigt robotique lui-même. «Nos travaux suggèrent une façon de concevoir des capteurs qui contribuent non seulement en tant qu’éléments de détection pour les applications robotiques, mais également en tant que matériaux fonctionnels actifs pour fournir un meilleur contrôle de l’ensemble du système sans compromettre son comportement dynamique», explique le professeur Xie. Une autre caractéristique remarquable de leur conception est que le capteur est auto-alimenté par l’effet piézoélectrique, ce qui signifie qu’il ne nécessite aucune alimentation en énergie – essentiel pour les applications à faible puissance.

    Dans l’ensemble, cette nouvelle étude passionnante aidera les futurs chercheurs à trouver de nouvelles façons d’améliorer la façon dont les pinces souples interagissent et détectent les objets manipulés. À son tour, cela élargira considérablement l’utilisation des robots, comme l’indique le professeur Xie: «Les capteurs intégrés autonomes permettront non seulement aux robots d’interagir en toute sécurité avec les humains et leur environnement, mais élimineront également les obstacles aux applications robotiques qui dépendent actuellement sur des capteurs alimentés pour surveiller les conditions. “

    Espérons que cette technologie se développera davantage afin que nos amis mécaniques puissent bientôt nous rejoindre dans de nombreuses autres activités humaines!

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université de Ritsumeikan. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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