11 Mars 2020  |  Robotique
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 12/2019

Une mini-pompe souple pour la robotique

Des chercheurs de l’EPFL ont mis au point une minuscule pompe flexible et silencieuse pesant un gramme, qui ouvre de nouvelles possibilités pour créer des robots souples autonomes, des exosquelettes légers et des textiles intelligents. Leur recherche a été publiée dans la revue Nature.

Au contraire des robots rigides traditionnels, les robots souples peuvent s’adapter à des environnements complexes, manipuler des objets délicats et interagir avec les humains sans risque. Faits de silicone ou d’autres polymères étirables, ils sont envisagés pour fabriquer des exosquelettes, des vêtements robotiques, ainsi que des robots explorateurs bio-inspirés, capables de se déplacer dans des environnements inaccessibles ou dangereux.
Pour se mouvoir, la majorité de ces robots dépendent de pompes rigides et bruyantes, qui font circuler des fluides dans leurs différents membres. Chaque robot est relié à ce dispositif lourd par des tubes, ce qui entrave son autonomie et limite le développement de versions portables.
 
Trois pompes connectées entre elles. (© Vito Cacucciolo / 2019 EPFL) Une pompe facilement pliable. (© Vito Cacucciolo / 2019 EPFL)
 
 
Libérer les robots de leurs attaches
À l’EPFL, des chercheurs du Laboratoire des Microsystèmes Souples (LMTS) et du Laboratoire des systèmes intelligent (LIS), en collaboration avec des chercheurs du Shibaura Institute of Technology au Japon, ont conçu la première pompe entièrement souple, ne pesant qu’un seul gramme. Dotée d’électrodes étirables, elle est silencieuse et consomme très peu d’énergie. Elle est alimentée via un circuit de 2 cm x 2 cm, qui comprend une petite alimentation rechargeable. « Pour actionner des robots plus volumineux, nous pouvons connecter plusieurs pompes entre elles », précise Herbert Shea, directeur du LMTS à la Faculté des Sciences et Techniques de l’Ingénieur.
Cette technologie a le potentiel de libérer les robots souples de leurs attaches. « Nous pensons qu’elle représente un changement de paradigme pour le domaine de la robotique souple », commente Herbert Shea. Autre atout de ces petites pompes : elles peuvent faire circuler des fluides à l’intérieur de petits tubes, intégrables directement dans des vêtements. Elles permettent ainsi de fabriquer des habits intelligents, capables de chauffer ou refroidir différentes parties du corps. De quoi intéresser les athlètes, les chirurgiens ou les pilotes.
 
La mini-pompe flexible et silencieuse pèse 1 g. (© Vito Cacucciolo / 2019 EPFL)

 
Comment ça marche ?
Le système est basé sur un mécanisme de circulation des fluides, déjà utilisé pour refroidir les superordinateurs. La pompe comprend un canal de 1 mm de diamètre renfermant un liquide diélectrique, ainsi que des rangées d’électrodes. Lorsqu’une tension est appliquée au système, les électrons sautent passent des électrodes dans le liquide et chargent électriquement certaines molécules, qui sont attirées vers d’autres électrodes et poussent le reste du fluide dans les tuyaux. « Nous pouvons accélérer le mouvement en jouant avec le champ électrique, sans émettre aucun bruit », explique Vito Cacucciolo, post-doctorant au LMTS et premier auteur de la publication.
 
Des muscles artificiels pour le Japon
Les chercheurs ont déjà implanté avec succès leur pompe dans un type de doigt robotique largement utilisé dans les laboratoires de robotique souple. Ils collaborent avec le Laboratoire de Koichi Suzumori au Japon, qui travaille sur le développement de muscles artificiels actionnés par des fluides, ainsi que sur des exosquelettes souples. En parallèle, ils ont équipé un gant en textile de tubes et démontré que l’on pouvait chauffer ou refroidir des régions spécifiques du gant en utilisant la pompe. « Un peu comme le font les systèmes de chauffage et de refroidissement dans les habitations », déclare Vito Cacucciolo. Certaines entreprises ont par ailleurs déjà montré leur intérêt pour cette dernière application.
 
Collaborations
Shingo Maeda’s laboratory, Shibaura Institute of Technology, Tokyo
The University of Electro-Communications, 1-5-1 Chofugaoka, Chofu, 182-8585 Tokyo
 
Références
V. Cacucciolo, J. Shintake, Y. Kuwajima, S. Maeda, D. Floreano, H. Shea, Stretchable pumps for soft machines, Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-019-1479-6
Auteur :Laure-Anne Pessina
Source :Sciences et techniques de l’ingénieur | STI
 


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