La pince peut également des objets poreux, comme ce rocher. Crédit :JPL
Une équipe de chercheurs californiens a développé une pince robotique qui combine les propriétés adhésives des orteils de gecko et l'adaptabilité des robots souples pneumatiques pour saisir une plus grande variété d'objets que l'état de l'art.
Les chercheurs présenteront leurs résultats à la Conférence internationale 2018 sur la robotique et l'automatisation du 21 au 25 mai à Brisbane, Australie. La pince peut soulever jusqu'à 45 lb. et pourrait être utilisé pour saisir des objets dans un large éventail de paramètres, des usines à la Station spatiale internationale.
Les geckos sont connus comme les meilleurs grimpeurs de la nature en raison d'un mécanisme de préhension sophistiqué sur leurs orteils. Dans des travaux antérieurs, des chercheurs de l'Université de Stanford et du Jet Propulsion Laboratory ont recréé ce mécanisme avec un matériau synthétique appelé adhésif inspiré du gecko. Ce matériau a été utilisé principalement sur des surfaces planes comme les murs. Dans les travaux en cours, des chercheurs se sont associés à des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego. L'équipe a enduit les doigts d'une pince robotique souple avec l'adhésif gecko, lui permettant d'avoir une meilleure prise sur une large gamme d'objets, y compris les pipes et les tasses, tout en étant capable de manipuler des objets rugueux comme des roches. La pince peut également saisir des objets dans diverses positions, par exemple saisir une tasse sous de nombreux angles différents.
Les chercheurs ont démontré que la pince pouvait saisir et manipuler du brut, objets poreux et sales, telles que les roches volcaniques, une tâche qui est généralement difficile pour les adhésifs pour gecko. Il était également capable de ramasser de gros morceaux de tuyau cylindrique - une tâche généralement difficile pour les préhenseurs robotiques souples.
"Nous nous sommes rendus compte que ces deux composants, robotique souple et adhésifs gecko, se complètent très bien, " a déclaré Paul Glick, le premier auteur de l'article et un doctorat. étudiant au Bioinspired Robotics and Design Lab de la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego.
Le gecko est l'un des meilleurs grimpeurs de la nature, grâce à des millions de poils microscopiques, avec des traits environ 20 à 30 fois plus petits qu'un cheveu humain, qui lui permettent de grimper sur pratiquement n'importe quelle surface. Les poils se terminent par de minuscules nanostructures qui interagissent au niveau atomique avec des molécules à la surface que le gecko essaie de saisir. Cette interaction, alimenté par ce qu'on appelle les forces de van der Waals, fait que les orteils du gecko s'attachent et se détachent facilement au besoin. Les chercheurs du JPL utilisent des matériaux synthétiques et des ensembles similaires de caractéristiques microscopiques pour exploiter la puissance des forces de van der Waals et ont montré que ces adhésifs conservaient bon nombre des mêmes propriétés que les orteils des animaux qui les ont inspirés.
Parce que les adhésifs gecko sont alimentés par des interactions moléculaires entre les surfaces, ils fonctionnent mieux lorsqu'ils ont une grande surface de contact. Le revêtement de l'intérieur des doigts robotiques souples avec ces adhésifs maximise la surface avec laquelle ils entrent en contact, assurant une meilleure prise en main.
L'équipe d'ingénierie résout deux problèmes différents dans cet article.
Les chercheurs ont monté une version légèrement modifiée de la pince sur un bras robotique au JPL. Ils ont montré qu'il est capable de soulever jusqu'à 45 livres. Crédit :JPL
D'abord, les chercheurs de l'UC San Diego ont entrepris de s'assurer que les doigts de la pince maintiendraient un contact constant avec la surface de tout objet. Un problème courant avec les doigts souples pneumatiques est qu'ils ont tendance à se gonfler au milieu lorsqu'ils sont gonflés, réduisant cette surface de contact.
Glick a trouvé une étude des années 1970 qui a fourni les équations nécessaires pour résoudre le problème dans le processus de conception. Cela a permis aux chercheurs de faire en sorte que la pince applique les forces correctes sur toute la longueur des doigts.
Deuxièmement, les chercheurs se sont concentrés sur la répartition des forces sur des surfaces qui ne sont pas plates pour optimiser les performances des adhésifs inspirés du gecko. Les chercheurs ont trouvé un moyen de répartir la force le long d'un pince souple, tout en conservant la précision de fabrication requise pour les adhésifs.
L'équipe a fait cela en utilisant un tissu à haute résistance intégré dans le doigt qui peut facilement se plier mais qui résiste à l'étirement pour supporter des charges plus importantes. Les doigts sont rigidement serrés sur une base, ce qui empêche le silicone facilement extensible de se déformer au-delà de ce qui est nécessaire. Cette combinaison de matériaux souples et rigides permet à la pince de s'adapter à de nombreux objets tout en résistant à des forces importantes.
La pince peut facilement manipuler des objets comme des tasses. Crédit :Université de Californie à San Diego et JPL
Les adhésifs gecko eux-mêmes sont fabriqués selon un processus en trois étapes. Un moule adhésif original de maître gecko avec des millions de structures microscopiques est fabriqué en salle blanche à l'aide d'un procédé de photolithographie. Puis, des copies en cire du moule maître peuvent être réalisées à faible coût. Les chercheurs peuvent ensuite faire autant de copies des feuilles adhésives du moule en cire qu'ils le souhaitent en utilisant un processus appelé revêtement par centrifugation. Cela leur permet de fabriquer 10 à 20 feuilles adhésives en moins d'une heure. Pendant ce temps, la pince robotique souple elle-même est coulée dans des moules d'impression 3D et est faite de caoutchouc à base de silicone.
Les prochaines étapes de la recherche comprennent le développement d'algorithmes de préhension qui tirent parti des adhésifs, et enquêter sur l'utilisation de cette pince pour les opérations en apesanteur et dans l'espace.
