Les nouvelles structures robotiques imprimées en 3D peuvent se faufiler dans des espaces restreints comme une fissure dans le mur d'une grotte, sauter par-dessus un fil-piège ou ramper sous un véhicule, toutes des fonctions complexes liées à l'armée, impossibles à exécuter en toute sécurité par les humains.

Les enquêteurs de l'Institut des nanotechnologies du soldat (ISN) de l'Armée de terre, situé au MIT, ont développé une plate-forme d'impression 3D qui peut permettre à la fois la modélisation et la conception de dispositifs magnétiques complexes. La nouvelle approche utilise une plate-forme d'impression 3D équipée d'une buse à électroaimant et d'un nouveau type d'encre imprimable en 3D infusée de particules magnétiques. Leurs découvertes pourraient conduire à de nouvelles applications biomédicales, encre magnétique optimisée pour renforcer la fonctionnalité robotique douce, et de nouveaux systèmes de matériaux flexibles à la demande pour l'intégration dans les systèmes Soldier.

Les capacités robotiques douces et la fabrication au point de besoin sont parmi les principales priorités de recherche de l'Armée de terre.

Cette recherche est gérée par le bureau de recherche de l'armée du laboratoire de recherche de l'armée américaine par le Dr Aura Gimm.

"Cette recherche a fourni de nouvelles informations sur les moyens de provoquer des changements rapides dans les formes tridimensionnelles de pièces telles que les membres d'un robot. Le groupe MIT a démontré ce succès en utilisant des métamatériaux auxétiques - des matériaux composites synthétiques qui ont une structure interne inhabituelle et la propriété inhabituelle qui, lorsqu'ils sont exposés à l'actionnement magnétique externe, ils se sont rétrécis dans les deux directions longitudinale et transversale. Ceci est différent des matériaux auxétiques typiques qui nécessitent un contact mécanique direct, et lorsqu'ils sont comprimés, ils subissent une contraction dans les directions perpendiculaires à la force appliquée (c'est ce qu'on appelle le coefficient de Poisson négatif). Au contraire, les matériaux courants se dilatent dans les directions orthogonales à la charge de compression. Dans un exemple de cette recherche, par télécommande magnétique, ils ont fait bondir une structure de métamatériau de 120 mm vers l'avant en 0,7 s, ce qui est très rapide pour l'état de l'art actuel. Ce saut était dû à une libération rapide d'énergie potentielle élastique et magnétique stockée dans cette structure. De telles structures complexes à morphing de forme pourraient avoir un grand potentiel pour l'armée, car ils peuvent aider à créer des robots mous, des robots avec des membres flexibles similaires aux organismes naturels. Par rapport à la génération actuelle de robots rigides, les robots mous pourraient se déplacer beaucoup plus adroitement sur un terrain de champ de bataille complexe, " a déclaré le Dr Alex Hsieh du Laboratoire de recherche de l'armée.

Cette technologie pourrait permettre à la future armée de fabriquer des structures magnétiques imprimées en 3D qui peuvent ramper, rouler, sauter ou saisir à l'appui des besoins pertinents de l'armée. Cet effort de recherche permet de contrôler l'orientation magnétique des dispositifs nouvellement imprimés en 3D afin qu'ils puissent rapidement se transformer en de nouvelles formations complexes ou se déplacer lorsque diverses sections répondent à un champ magnétique externe. Les fonctions démontrées à partir de ces changements de forme complexes incluent l'électronique logicielle reconfigurable, métamatériau mécanique qui peut sauter et un robot mou qui peut ramper, rouler, attraper des objets en mouvement rapide ou livrer des produits pharmaceutiques.

Bien que d'autres groupes aient fabriqué des matériaux activés magnétiquement pour accomplir des mouvements simples, cette nouvelle approche permet à la fois la modélisation et la conception de sections de dispositifs à commande magnétique pour effectuer des tâches robotiques complexes pertinentes pour l'armée.

L'approche est basée sur l'écriture directe à l'encre d'un composite élastomère contenant des microparticules ferromagnétiques et l'application d'un champ magnétique à la buse de distribution pendant l'impression. La technique réoriente les particules le long du champ appliqué pour conférer une polarité magnétique à motifs aux filaments imprimés. Cette méthode permet aux chercheurs de programmer des domaines ferromagnétiques dans des matériaux mous complexes imprimés en 3D pour permettre un ensemble de modes de transformation auparavant inaccessibles. La vitesse d'actionnement et la densité de puissance des matériaux mous imprimés avec des domaines ferromagnétiques programmés sont des ordres de grandeur supérieurs à ceux des matériaux actifs imprimés en 3D existants.

"Nous avons développé une plate-forme d'impression et un modèle prédictif que d'autres peuvent utiliser. Les gens peuvent concevoir leur propre structure et modèles de domaine, les valider avec le modèle, et imprimez-les pour activer diverses fonctions. En programmant des informations de structure complexes, domaine, et champ magnétique, on peut même imprimer des machines intelligentes telles que des robots, " a déclaré le professeur du MIT Xuanhe Zhao, un enquêteur à l'ISN de l'armée.