Les constructions sous-marines qui peuvent changer de forme dynamiquement, comme le font les poissons, poussent dans l’eau beaucoup plus efficacement que les coques rigides conventionnelles. Mais construire des dispositifs déformables capables de modifier la courbe de leurs formes corporelles tout en conservant un profil lisse est un processus extended et difficile. Le RoboTuna du MIT, par exemple, était composé d’environ 3 000 pièces différentes et a pris environ deux ans pour être conçu et construit.
Aujourd’hui, des chercheurs du MIT et leurs collègues – dont un de l’équipe originale de RoboTuna – ont mis au point une approche innovante pour construire des robots sous-marins déformables, en utilisant de simples sous-buildings répétitives au lieu de composants uniques. L’équipe a démontré le nouveau système dans deux exemples de configurations différentes, l’une comme une anguille et l’autre comme un hydroptère en forme d’aile. Le principe lui-même, cependant, permet des variations pratiquement illimitées de forme et d’échelle, disent les chercheurs.
Les travaux sont rapportés dans la revue Soft Robotics, dans un posting de l’assistant de recherche du MIT Alfonso Parra Rubio, des professeurs Michael Triantafyllou et Neil Gershenfeld, et de 6 autres.
Les approches existantes de la robotique douce pour les programs marines sont généralement réalisées à petite échelle, tandis que de nombreuses applications utiles dans le monde réel nécessitent des dispositifs à l’échelle du mètre. Le nouveau système modulaire proposé par les chercheurs pourrait facilement être étendu à de telles tailles et au-delà, sans nécessiter le sort de réoutillage et de refonte qui serait nécessaire pour faire évoluer les systèmes actuels.
“L’évolutivité est un stage fort pour nous”, déclare Parra Rubio. Compte tenu de la faible densité et de la rigidité élevée des pièces en forme de treillis, appelées voxels, qui composent leur système, dit-il, “nous avons plus de position pour continuer à évoluer”, alors que la plupart des systems actuellement utilisées “reposent sur des matériaux à haute densité encounter à problèmes drastiques” pour passer à des tailles as well as grandes.
Les voxels individuels des dispositifs expérimentaux de preuve de thought de l’équipe sont principalement des buildings creuses constituées de pièces en plastique coulé avec des entretoises étroites de formes complexes. Les formes en forme de boîte sont porteuses dans une course mais souples dans d’autres, une combinaison inhabituelle obtenue en mélangeant des composants rigides et flexibles dans des proportions différentes.
“Traiter la robotique douce contre la robotique dure est une fausse dichotomie”, déclare Parra Rubio. “C’est quelque selected entre les deux, une nouvelle façon de construire les choses.” Gershenfeld, directeur du Heart for Bits and Atoms du MIT, ajoute que “c’est une troisième voie qui marie les meilleurs éléments des deux”.
“La flexibilité lisse de la area du corps nous permet de mettre en œuvre un contrôle du débit qui peut réduire la traînée et améliorer l’efficacité de la propulsion, ce qui entraîne des économies de carburant substantielles”, déclare Triantafyllou, qui est professeur Henry L. et Grace Doherty en sciences et ingénierie océaniques, et a été membre de l’équipe RoboTuna.
Dans l’un des appareils produits par l’équipe, les voxels sont attachés bout à bout dans une longue rangée pour former une composition en forme de serpent d’un mètre de extended. Le corps est composé de quatre segments, chacun composé de cinq voxels, avec un actionneur au centre qui peut tirer un fil attaché à chacun des deux voxels de chaque côté, les contractant et provoquant la flexion de la framework. L’ensemble de la framework de 20 unités est ensuite recouvert d’une construction de assistance en forme de nervure, puis d’une peau en néoprène imperméable et ajustée. Les chercheurs ont déployé la composition dans un réservoir de remorquage du MIT pour montrer son efficacité dans l’eau et ont démontré qu’elle était en effet able de générer une poussée vers l’avant suffisante pour se propulser vers l’avant en utilisant des mouvements ondulants.
“Il y a eu de nombreux robots ressemblant à des serpents auparavant”, explique Gershenfeld. “Mais ils sont généralement constitués de composants sur mesure, par opposition à ces simples blocs de construction évolutifs.”
Par exemple, dit Parra Rubio, un robotic ressemblant à un serpent construit par la NASA était composé de milliers de pièces uniques, alors que pour le serpent de ce groupe, “nous montrons qu’il y a approximativement 60 pièces”. Et par rapport aux deux années passées à concevoir et à construire le MIT RoboTuna, cet appareil a été assemblé en approximativement deux jours, dit-il.
L’autre dispositif qu’ils ont démontré est une forme en forme d’aile, ou hydrofoil, composé d’un réseau des mêmes voxels mais capable de changer la forme de son profil et donc de contrôler le rapport portance/traînée et d’autres propriétés de l’aile. De telles formes d’ailes pourraient être utilisées à diverses fins, allant de la creation d’énergie à partir des vagues à l’amélioration de l’efficacité des coques de navires – une demande pressante, motor vehicle le transportation maritime est une resource importante d’émissions de carbone.
La forme de l’aile, contrairement au serpent, est recouverte d’un ensemble de tuiles qui se chevauchent en forme d’écailles, conçues pour s’appuyer les unes sur les autres pour maintenir une étanchéité même lorsque l’aile alter de courbure. Une application probable pourrait être une sorte d’ajout au profil de la coque d’un navire qui pourrait réduire la development de tourbillons induisant la traînée et ainsi améliorer son efficacité globale, une possibilité que l’équipe examine avec des collaborateurs de l’industrie du transport maritime.
En fin de compte, le strategy pourrait être appliqué à un engin submersible ressemblant à une baleine, utilisant sa forme de corps morphable pour créer une propulsion. Un tel engin qui pourrait échapper aux intempéries en restant sous la area, mais sans le bruit et les turbulences de la propulsion conventionnelle. Le concept pourrait également être appliqué à des get-togethers d’autres navires, tels que des yachts de program, où le fait d’avoir une quille ou un gouvernail qui pourrait se courber doucement pendant un virage au lieu de rester droit pourrait fournir un avantage supplémentaire. “Au lieu d’être rigide ou simplement d’avoir un volet, si vous pouvez réellement courber comme le font les poissons, vous pouvez vous déplacer beaucoup in addition efficacement dans le virage”, explique Gershenfeld.
L’équipe de recherche comprenait Dixia Supporter de l’Université Westlake en Chine Benjamin Jenett SM ’15, PhD ‘ 20 de Discrete Lattice Industries José del Aguila Ferrandis, Amira Abdel-Rahman et David Preiss du MIT et Filippos Tourlomousis du Centre de recherche Demokritos de Grèce. Le travail a été soutenu par le laboratoire de recherche de l’armée américaine, le financement des consortiums CBA et le programme MIT Sea Grant.