Les chercheurs de Cornell ont combiné des microactionneurs souples avec un carburant chimique à haute densité énergétique pour créer un robotic quadrupède à l’échelle d’un insecte, alimenté par combustion et able de distancer, de surélever, de surpasser et de devancer ses concurrents électriques.
L’article du groupe, « Actuateurs de combustion puissants et doux pour les robots à l’échelle des insectes », a été publié le 14 septembre dans Science. L’auteur principal est le chercheur postdoctoral Cameron Aubin, Ph.D. ’23.
Le projet a été dirigé par Rob Shepherd, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à Cornell Engineering, dont le laboratoire de robotique organique a déjà utilisé la combustion pour créer un afficheur braille pour l’électronique.
Comme le savent tous ceux qui ont vu une fourmi emporter de la nourriture lors d’un pique-nique, les insectes sont bien additionally forts que ne le suggère leur petite taille. Cependant, les robots à cette échelle n’ont pas encore atteint leur plein potentiel. L’un des défis est que « les moteurs et les pompes ne fonctionnent pas vraiment lorsque vous les réduisez à cette taille », a déclaré Aubin. Les chercheurs ont donc tenté de compenser en créant des mécanismes sur mesure pour remplir de telles fonctions. Jusqu’à présent, la majorité de ces robots étaient reliés à leurs resources d’énergie, ce qui signifie généralement l’électricité.
« Nous pensions qu’utiliser un carburant chimique à haute densité énergétique, tout comme celui que nous mettrions dans une car, serait un moyen d’augmenter la puissance et les performances embarquées de ces robots », a-t-il déclaré. « Nous ne plaidons pas nécessairement pour le retour des combustibles fossiles à grande échelle, évidemment. Mais dans ce cas, avec ces tout petits robots, où un millilitre de carburant pourrait permettre une heure de fonctionnement, au lieu d’une batterie qui est trop lourd pour que le robot puisse le soulever, c’est une évidence. »
Bien que l’équipe n’ait pas encore créé de modèle totalement autonome – Aubin dit qu’elle est à mi-chemin – l’itération actuelle « étrangle absolument la concurrence, en termes de puissance de sortie ».
Le robot à quatre pattes, qui mesure un peu plus d’un pouce de prolonged et pèse l’équivalent d’un trombone et demi, est imprimé en 3D avec une résine ignifuge. Le corps contient une paire de chambres de combustion séparées qui mènent aux quatre actionneurs qui servent de pieds. Chaque actionneur/pied est un cylindre creux recouvert d’un morceau de caoutchouc de silicone, comme une peau de tambour, sur le fond. Lorsque des composants électroniques externes sont utilisés pour créer une étincelle dans les chambres de combustion, un mélange de méthane et d’oxygène s’enflamme, la réaction de combustion gonfle la peau du tambour et le robot s’élève dans les airs.
Les actionneurs du robotic sont capables d’atteindre une pressure de 9,5 newtons, contre environ, 2 newton pour ceux d’autres robots de taille similaire. Il fonctionne également à des fréquences supérieures à 100 hertz, atteint des déplacements de 140 % et peut soulever 22 fois son poids corporel.
« Le fait d’être alimentés par combustion leur permet de faire beaucoup de choses que les robots à cette échelle ne sont pas capables de faire jusqu’à présent », a déclaré Aubin. « Ils peuvent naviguer sur des terrains très difficiles et franchir des road blocks. C’est un sauteur incroyable pour sa taille. Il est également très rapide au sol. Tout cela est dû à la densité de force et à la densité de puissance de ces actionneurs alimentés par carburant. »
La conception de l’actionneur permet également un degré élevé de contrôle. En tournant simplement un bouton, l’opérateur peut régler la vitesse et la fréquence des étincelles, ou faire varier l’alimentation en carburant en temps réel, déclenchant ainsi une plage dynamique de réponses. Un peu de carburant et quelques étincelles à haute fréquence font glisser le robot sur le sol. Ajoutez un peu furthermore de carburant et moins d’étincelles et le robot ralentira et sautera. Montez complètement le carburant et donnez-lui une bonne étincelle et le robotic sautera de 60 centimètres dans les airs, soit environ 20 fois la longueur de son corps, selon Aubin.
« Faire tous ces mouvements à plusieurs démarches est quelque selected que l’on ne voit généralement pas avec des robots à cette échelle », a déclaré Aubin. « Ce sont soit des robots, soit des sauteurs, mais pas les deux. »
Les chercheurs envisagent d’enchaîner encore in addition d’actionneurs dans des réseaux parallèles afin qu’ils puissent produire des articulations à la fois très fines et très puissantes à l’échelle macro. L’équipe prévoit également de continuer à travailler sur la création d’une version non connectée. Cet objectif nécessitera le passage d’un carburant gazeux à un carburant liquide que le robotic pourra emporter à bord, ainsi que des composants électroniques moreover petits.
« Tout le monde désigne ces robots à l’échelle d’insectes comme étant des objets qui pourraient être utilisés pour la recherche et le sauvetage, l’exploration, la surveillance environnementale, la surveillance et la navigation dans des environnements austères », a déclaré Aubin. « Nous pensons que les augmentations de performances que nous avons apportées à ce robotic utilisant ces carburants nous rapprochent de la réalité là où cela est réellement attainable. »
Les co-auteurs incluent E. Farrell Helbling, professeur adjoint de génie électrique et informatique Sadaf Sobhani, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial Ronald H. Heisser, Ph.D. ’23 le chercheur postdoctoral Ofek Peretz Julia Timko ’21 et Kiki Lo ’22 et Amir Gat de l’Institut de technologie Technion-Israël.
La recherche a été soutenue par le Bureau de la recherche scientifique de l’Air Force la Fondation nationale de la science et le Bureau de recherche navale.
