De nombreux roboticiens rêvent de construire des robots qui ne soient pas seulement une combinaison de métal ou d#39autres matériaux durs et de moteurs, mais aussi des robots moreover souples et as well as adaptables. Les robots mous pourraient interagir avec leur environnement d’une manière complètement différente par exemple, ils pourraient amortir les impacts comme le font les membres humains, ou saisir délicatement un objet. Cela offrirait également des avantages en termes de consommation d#39énergie : le mouvement des robots nécessite aujourd#39hui généralement beaucoup d#39énergie pour maintenir une position, alors que les systèmes logiciels pourraient également bien stocker de l#39énergie. Alors, quoi de moreover évident que de prendre le muscle mass humain comme modèle et de tenter de le recréer ?
- Des muscle groups artificiels plus légers et moreover sûrs sont développés pour des robots souples et adaptatifs.
- Les nouveaux actionneurs HALVE utilisent une technologie innovante pour fonctionner à des tensions moins élevées et être étanches à l'eau.
- Ces muscle mass artificiels ont été intégrés avec succès dans des robots comme une pince et un poisson nageur, ouvrant la voie à de nombreuses apps potentielles dans le futur.
Le fonctionnement des muscular tissues artificiels repose donc sur la biologie. Comme leurs homologues naturels, les muscle tissue artificiels se contractent en réponse à une impulsion électrique. Cependant, les muscle tissues artificiels ne sont pas constitués de cellules et de fibres mais d#39une poche remplie d#39un liquide (généralement de l#39huile) dont la coque est partiellement recouverte d#39électrodes. Lorsque ces électrodes reçoivent une rigidity électrique, elles se rapprochent et poussent le liquide dans le reste de la pochette, qui fléchit et est ainsi able de soulever un poids. Une seule poche est analogue à un courtroom faisceau de fibres musculaires plusieurs d#39entre eux peuvent être reliés pour former un élément de propulsion complet, également appelé actionneur ou simplement muscle artificiel.
Rigidity trop élevée
L#39idée de développer des muscle tissue artificiels n#39est pas nouvelle, mais jusqu#39à présent, il y avait un impediment majeur à sa réalisation : les actionneurs électrostatiques ne fonctionnaient qu#39avec des tensions extrêmement élevées, de l#39ordre de 6 000 à 10 000 volts. Cette exigence avait plusieurs ramifications : par exemple, les muscle tissue devaient être connectés à de gros et lourds amplificateurs de tension ils ne travaillaient pas dans l#39eau et ils n#39étaient pas entièrement sans threat pour les humains. Une nouvelle remedy a été développée par Robert Katzschmann, professeur de robotique à l#39ETH Zurich, en collaboration avec Stephan-Daniel Gravert, Elia Varini et d#39autres collègues. Ils ont publié leur edition d#39un muscle artificiel qui offre plusieurs avantages dans Science Developments.
Gravert, qui travaille comme assistant scientifique dans le laboratoire de Katzschmann, a conçu une coque pour la pochette. Les chercheurs appellent les nouveaux muscle groups artificiels actionneurs HALVE, où HALVE signifie « électrostatique basse stress amplifié hydrauliquement ». « Dans d#39autres actionneurs, les électrodes se trouvent à l#39extérieur de la coque. Dans le nôtre, la coque est constituée de différentes couches. Nous avons pris un matériau ferroélectrique à haute permittivité, c#39est-à-dire able de stocker des quantités relativement importantes d#39énergie électrique, et nous l#39avons combiné avec une couche d#39électrodes. Ensuite, nous l#39avons recouvert d#39une coque en polymère qui possède d#39excellentes propriétés mécaniques et rend la pochette furthermore steady », explique Gravert. Cela signifie que les chercheurs ont pu réduire la tension requise, vehicle la permittivité beaucoup in addition élevée du matériau ferroélectrique autorise des forces importantes malgré une faible stress. Non seulement Gravert et Varini ont développé ensemble la coque des actionneurs HALVE, mais ils ont également construit eux-mêmes les actionneurs en laboratoire pour les utiliser dans deux robots.
Les pinces et les poissons montrent ce que le muscle peut faire
L’un de ces exemples robotiques est une pince de 11 centimètres de haut dotée de deux doigts. Chaque doigt est déplacé par trois pochettes connectées en série de l#39actionneur HALVE. Une petite alimentation électrique alimentée par batterie alimente le robotic en 900 volts. Ensemble, la batterie et l’alimentation ne pèsent que 15 grammes. L#39ensemble de la pince, y compris l#39électronique de puissance et de commande, pèse 45 grammes. La pince peut saisir un objet en plastique lisse suffisamment fermement pour supporter son propre poids lorsque l#39objet est soulevé dans les airs avec une corde. « Cet exemple démontre parfaitement à quel level les actionneurs HALVE sont petits, légers et efficaces. Cela signifie également que nous avons fait un grand pas de as well as vers notre objectif de créer des systèmes intégrés à commande musculaire », se réjouit Katzschmann.
Le deuxième objet est un nageur ressemblant à un poisson, prolonged de près de 30 centimètres, capable de se déplacer facilement dans l’eau. Il se compose d#39une « tête » contenant l#39électronique et d#39un « corps » versatile auquel sont fixés les actionneurs HALVE. Ces actionneurs se déplacent alternativement à un rythme qui produit le mouvement de nage. Le poisson autonome peut passer de l#39arrêt à une vitesse de trois centimètres par seconde en 14 secondes, et ce, dans l#39eau du robinet normale.
Étanche et automobile-obturant
Ce deuxième exemple est important car or truck il démontre une autre nouveauté des actionneurs HALVE : comme les électrodes ne restent moreover sans defense à l#39extérieur de la coque, les muscle mass artificiels sont désormais étanches et peuvent également être utilisés dans des liquides conducteurs. « Le poisson illustre un avantage général de ces actionneurs : les électrodes sont protégées de l#39environnement et, à l#39inverse, l#39environnement est protégé des électrodes. Ainsi, vous pouvez faire fonctionner ces actionneurs électrostatiques dans l#39eau ou les toucher, par exemple », Katzschmann explique. Et la composition en couches des poches présente un autre avantage : les nouveaux actionneurs sont beaucoup furthermore robustes que les autres muscle mass artificiels.
Idéalement, les pochettes devraient pouvoir réaliser beaucoup de mouvements et le faire rapidement. Cependant, même la as well as petite erreur de production, comme un grain de poussière entre les électrodes, peut entraîner une panne électrique, une sorte de mini coup de foudre. « Lorsque cela se produisait dans les modèles précédents, l#39électrode brûlait, créant un trou dans la coque. Cela permettait au liquide de s#39échapper et rendait l#39actionneur inutile », explique Gravert. Ce problème est résolu dans les actionneurs HALVE motor vehicle un seul trou se ferme essentiellement grâce à la couche extérieure de defense en plastique. En conséquence, la pochette reste généralement entièrement fonctionnelle même après une panne électrique.
Les deux chercheurs se réjouissent certes d#39avoir fait un pas décisif dans le développement des muscles artificiels, mais ils sont également réalistes. Comme le dit Katzschmann : « Nous devons maintenant préparer cette technologie pour une production à plus grande échelle, ce que nous ne pouvons pas faire ici, au laboratoire de l#39ETH. Sans trop en dévoiler, je peux dire que nous constatons déjà l#39intérêt des entreprises. qui aimerait travailler avec nous. Par exemple, les muscle tissues artificiels pourraient un jour être utilisés dans de nouveaux robots, prothèses ou appareils portables en d’autres termes, dans les systems portées sur le corps humain.
