Des muscles robotiques de plus en plus proches de ceux des humains

AGI – Une nouvelle méthode pour concevoir de nouveaux actionneurs dmouvement doux et muscles artificiels robotiques aux performances améliorées et à la consommation d’énergie très réduite, basée uniquement sur des synergies jusqu’alors inconnues entre les propriétés de différents matériaux, elle a été développée dans le cadre d’une collaboration entre des groupes de recherche internationaux, ceux de Marco Fontana, professeur de mécanique appliquée à machines de l’Institut d’Intelligence Mécanique de l’École d’Etudes Avancées Sant’Anna de Pise, e di Martin Kaltenbrunnerprofesseur de physique de la matière à l’université Johannes Kepler de Linz.

Les résultats, qui ont conduit au développement de cette nouvelle méthode pour créer des muscles artificiels plus stables et plus efficaces, viennent d’être publiés dans la revue scientifique Nature Electronics.

Les actionneurs, qui permettent d’utiliser l’énergie électrique pour générer du mouvement ou de la force, jouent un rôle crucial dans la vie quotidienne, même s’ils passent souvent inaperçus. Les actionneurs à base de matériaux souples ont particulièrement attiré l’attention de la communauté scientifique ces dernières années en raison de leur faible poids, de leur fonctionnement silencieux et de leur biodégradabilité.

Un moyen simple de créer des actionneurs logiciels consiste à utiliser structures multi-matériauxcomme des “poches” en film plastiques souples rempli d’huiles et recouvert de plastiques conducteurs. Lorsqu’une activation électrique est appliquée, le film déplace le fluide et provoque la contraction de la poche, à la manière d’un muscle biologique.

Ce système peut être utilisé pour construire des muscles artificiels pour des robots, des optiques réglables ou des surfaces tactiles. Jusqu’à présent, l’application d’une activation électrique constante permettait uniquement d’obtenir contractions musculaires pendant une courte période de temps : une limite notable pour leur application pratique. Le chercheur de l’École Supérieure Sant’Anna Ion-Dan Sirbu, ancien doctorant de l’Université de Trente sous la direction du chercheur du Département de Génie Industriel de l’Université de Trente Giacomo Moretti et Marco Fontana, a commencé ses recherches sur ce phénomène pendant une période de recherche à l’Université Johannes Kepler de Linz.

En collaboration avec le groupe autrichien, Ion-Dan Sirbu a créé un système permettant de mesurer avec précision la force dans ces actionneurs. “Au cours de mes recherches – explique Ion-Dan Sirbu – sur les combinaisons de matériaux courants, j’ai également essayé un film plastique qu’un collègue doctorant, David Preninger, a utilisé pour ses travaux sur les muscles artificiels biodégradables. Dès que nous avons remarqué que ce matériau est capables de maintenir une force constante pendant des durées arbitrairement longues, nous avons immédiatement réalisé que nous avions fait une découverte importante.

À partir de ce moment là, les chercheurs ont travaillé sur un modèle théorique et sur une caractérisation approfondie de différents matériaux. Il s’avère que les principaux résultats expérimentaux peuvent être soigneusement décrits à l’aide de modèles simples. “La beauté de notre modèle est qu’il est très simple, qu’il peut être expliqué avec des connaissances en physique au lycée et qu’il ne se limite pas non plus aux actionneurs existants aujourd’hui, mais nous pensons que nos résultats fourniront à la communauté scientifique un outil simple et puissant pour concevoir et étudier de nouveaux systèmes », déclare David Preninger, co-premier auteur de l’article et doctorant au Département de physique de la matière molle de l’Université Johannes Kepler de Linz, décrivant la recherche publiée dans Nature Electronics.

“Ce qui est intéressant, c’est que non seulement nous avons réussi à rendre ces technologies beaucoup plus utilisables, mais que notre étude nous permet d’identifier des combinaisons de matériaux qui conduisent à une consommation d’énergie jusqu’à mille fois inférieure”, ajoute Martin Kaltenbrunner.

Grâce aux combinaisons de matériaux identifiées, les scientifiques ont réussi à développer et à faire fonctionner avec succès différents types de muscles artificiels, des optiques à graduation variable et des écrans tactiles. « La compréhension des mécanismes fondamentaux qui sous-tendent les actionneurs souples créés par cette étude – souligne Marco Fontana, professeur de l’Institut d’Intelligence Mécanique de l’École Supérieure Sant’Anna – a le potentiel de créer un bond en avant notable dans le domaine des dispositifs d’assistance, machines automatiques et robots mobiles pour l’exploration terrestre, marine et spatiale. Tous ces secteurs sont à la recherche de solutions à faible coût et performantesi, mais aussi et surtout capable de garantir une faible consommation et des impacts environnementaux qui les rendent durables”.

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