Une équipe d’ingénieurs de l’Université du Maryland a construit une main robotique souple à trois doigts suffisamment agile pour pouvoir manipuler les boutons et le pavé directionnel d’une manette Nintendo, réussissant même à battre le premier niveau de Super Mario Bros. comme preuve de concept, selon un article récent publié dans la revue Science Advances. La même équipe a également construit deux tortues robotiques molles (la tortue terrapin est la mascotte officielle de l’UMD) en utilisant le même processus d’impression 3D multimatériaux qui a produit la main robotique.

Nous pensons traditionnellement que les robots sont fabriqués à partir de matériaux durs et rigides, mais le sous-domaine de la robotique douce adopte une approche différente. Il cherche à construire des dispositifs robotiques à partir de matériaux plus flexibles qui imitent les propriétés de ceux trouvés chez les animaux vivants. Il y a d’énormes avantages à gagner en fabriquant tout le corps d’un robot à partir de matériaux souples, tels qu’être suffisamment flexible pour se faufiler dans des espaces restreints pour rechercher des survivants après une catastrophe. Les robots mous ont également un fort potentiel en tant que prothèses ou dispositifs biomédicaux. Même les robots rigides reposent sur des composants souples, tels que des coussinets de pied qui servent d’amortisseurs ou de ressorts flexibles pour stocker et libérer de l’énergie.

Des chercheurs de Harvard ont construit un robot souple inspiré de la pieuvre en 2016, entièrement construit à partir de matériaux flexibles. Mais les robots mous sont plus difficiles à contrôler précisément parce qu’ils sont si flexibles. Dans le cas de l’« octobot », les chercheurs ont remplacé les circuits électroniques rigides par des circuits microfluidiques. De tels circuits consistent à réguler le débit d’eau (hydraulique) ou d’air (pneumatique), plutôt que d’électricité, à travers les microcanaux du circuit, permettant au robot de se plier et de se déplacer.

Bien que cette solution soit ingénieuse, elle apporte son lot de défis. Ceux-ci incluent le coût élevé (des installations de salle blanche sont nécessaires) et le temps nécessaire pour fabriquer ces systèmes microfluidiques, puis les intégrer au système dans son ensemble. « Récemment, plusieurs groupes ont essayé d’exploiter des circuits fluidiques pour améliorer l’autonomie des robots mous », a déclaré le co-auteur Ruben Acevedo. « Mais les méthodes de construction et d’intégration de ces circuits fluidiques avec les robots peuvent prendre des jours à des semaines, avec un degré élevé de travail manuel et de compétences techniques. »

En tant qu’étudiant de premier cycle, Acevedo a travaillé dans le laboratoire de l’ingénieur en mécanique de l’Université du Maryland, Ryan D. Sochol, qui souhaitait aller au-delà de la connexion manuelle des composants de circuits fluidiques aux robots mous en faveur de l’intégration de ces fonctions directement dans les systèmes robotiques mous. Son équipe a trouvé la réponse dans l’impression 3D PolyJet, dans laquelle plusieurs couches différentes de matériaux sont empilées les unes sur les autres. L’imprimante dépose une couche liquide, la laisse se solidifier, puis dépose la couche suivante, et ainsi de suite.

« L’incorporation de matériaux qui diffèrent par la rigidité sert à améliorer les performances en permettant aux propriétés matérielles de caractéristiques spécifiques d’être adaptées pour compléter les fonctionnalités souhaitées », Sochol et al. écrit dans leur journal. Les composants tels que les diaphragmes et les joints toriques doivent pouvoir se déformer pendant le fonctionnement, c’est pourquoi un matériau semblable à du caoutchouc souple a été utilisé pour les fabriquer, tandis qu’un matériau plus rigide semblable à du plastique a été choisi pour fabriquer des composants qui doivent être stables (canaux fluidiques , les ports d’accès et les enveloppes structurelles, par exemple). Enfin, l’équipe a utilisé un matériau soluble dans l’eau pour servir d’échafaudage pendant le processus d’impression, qui a ensuite été retiré des vides et canaux extérieurs et internes, d’abord en dissolvant le matériau avec de l’eau, puis en retirant manuellement tout matériau d’échafaudage restant.

Les robots souples à commande microfluidique nécessitent généralement des entrées de commande distinctes pour chaque actionneur souple à fonctionnement indépendant. En intégrant le circuit fluidique, l’équipe UMD a pu faire fonctionner la main en faisant varier la force de pression entre faible, moyenne et élevée. En d’autres termes, une seule source de fluide pourrait envoyer différents signaux simplement en changeant la pression, de sorte que chaque doigt puisse se déplacer indépendamment. Mieux encore, le processus d’impression 3D en une seule étape pour la main et les deux robots tortues, comprenant des actionneurs souples (pièces mobiles), les circuits fluidiques et le corps du robot, a pris quelques heures, pas des jours ou des semaines.

L’équipe a testé les performances de la main robotique en la faisant jouer Super Mario Bros. Pour faire marcher Mario, l’équipe a utilisé une faible pression, donc seul le premier doigt a appuyé sur la manette. Les chercheurs ont utilisé une pression moyenne pour faire courir Mario et une pression élevée pour que la main appuie sur le bon bouton de la manette pour faire sauter Mario.