Les ingénieurs de Caltech et de l'ETH Zurich ont développé des robots capables de s'autopropulser sans utiliser de moteur, servos, ou alimentation. Au lieu, ces appareils uniques en leur genre pagayent dans l'eau car le matériau dont ils sont construits se déforme avec les changements de température.

L'œuvre brouille la frontière entre les matériaux et les robots. Dans les appareils automoteurs, le matériau lui-même fait fonctionner la machine. "Nos exemples montrent que nous pouvons utiliser des matériaux structurés qui se déforment en réponse à des signaux environnementaux, contrôler et propulser des robots, " dit Daraio, professeur de génie mécanique et de physique appliquée à la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées de Caltech, et auteur correspondant d'un article dévoilant les robots qui apparaissent dans le Actes de l'Académie nationale des sciences le 15 mai.

Le nouveau système de propulsion repose sur des bandes d'un polymère flexible qui s'enroulent à froid et s'étirent à chaud. Le polymère est positionné pour activer un interrupteur à l'intérieur du corps du robot, qui est à son tour attaché à une pagaie qui le fait avancer comme une barque.

L'interrupteur est constitué d'un élément bistable, qui est un composant qui peut être stable dans deux géométries distinctes. Dans ce cas, il est construit à partir de bandes d'un matériau élastique qui, lorsqu'il est poussé par le polymère, passe d'une position à une autre.

Lorsque le robot froid est placé dans de l'eau chaude, le polymère s'étire, active l'interrupteur, et la libération soudaine d'énergie qui en résulte fait avancer le robot. Les bandes de polymère peuvent également être "réglées" pour donner des réponses spécifiques à différents moments :c'est-à-dire, une bande plus épaisse mettra plus de temps à se réchauffer, étendre, et finalement activer sa pagaie qu'une bande plus fine. Cette accordabilité permet à l'équipe de concevoir des robots capables de tourner et de se déplacer à différentes vitesses.

La recherche s'appuie sur les travaux antérieurs de Daraio et Dennis Kochmann, professeur d'aérospatiale à Caltech. Ils ont utilisé des chaînes d'éléments bistables pour transmettre des signaux et construire des portes logiques de type informatique.

Dans la dernière itération de la conception, L'équipe et les collaborateurs de Daraio ont pu relier les éléments polymères et les interrupteurs de manière à faire avancer un robot à quatre rames, déposer une petite charge utile (dans ce cas, un jeton avec un sceau Caltech gravé dessus), puis pagayer en arrière.

"Combinant des mouvements simples ensemble, nous avons pu intégrer la programmation dans le matériel pour réaliser une séquence de comportements complexes, " dit le chercheur postdoctoral de Caltech Osama R. Bilal, co-premier auteur de l'article PNAS. À l'avenir, plus de fonctionnalités et de réactivité peuvent être ajoutées, par exemple en utilisant des polymères qui répondent à d'autres signaux environnementaux, comme le pH ou la salinité. Les futures versions des robots pourraient contenir des déversements de produits chimiques ou, à plus petite échelle, livrer des médicaments, disent les chercheurs.

Actuellement, lorsque les éléments bistables claquent et libèrent leur énergie, ils doivent être réinitialisés manuellement pour pouvoir fonctionner à nouveau. Prochain, l'équipe prévoit d'explorer des moyens de reconcevoir les éléments bistables afin qu'ils se réinitialisent automatiquement lorsque la température de l'eau change à nouveau, ce qui les rend potentiellement capables de nager indéfiniment, tant que la température de l'eau continue de fluctuer.

L'article du PNAS s'intitule "Harnessing bistability for directionnel propulsion of soft, robots non attachés."