Des chercheurs de l'Institut d'interaction homme-machine de l'Université Carnegie Mellon ont développé une technologie d'actionnement pour le papier ordinaire, leur permettant de créer un manipulateur robotique à quatre doigts. Crédit :Université Carnegie Mellon
Un des plus anciens, le plus polyvalent et le moins cher des matériaux - le papier - semble prendre vie, pliant, se plier ou s'aplatir, au moyen d'une technologie d'actionnement à faible coût développée à l'Institut d'interaction homme-machine de l'Université Carnegie Mellon.
Une fine couche de thermoplastique conducteur, appliqué sur du papier ordinaire avec une imprimante 3D bon marché ou même peint à la main, sert de low-cost, actionneur réversible. Lorsqu'un courant électrique est appliqué, le thermoplastique chauffe et se dilate, faire plier ou plier le papier; quand le courant est coupé, le papier reprend une forme prédéterminée.
"Nous réinventons ce matériau vraiment ancien, " dit Lining Yao, professeur assistant au HCII et directeur du Morphing Matter Lab, qui a développé la méthode avec son équipe. "L'actionnement transforme véritablement le papier en un autre support, celui qui a des utilisations à la fois artistiques et pratiques."
Chercheur post-doctoral Guanyun Wang, l'ancien stagiaire de recherche Tingyu Cheng et d'autres membres du Morphing Matter Lab de Yao ont conçu des types d'actionneurs de base, dont certains basés sur des formes d'origami et de kirigami. Ceux-ci permettent la création de structures qui peuvent se transformer en boules ou en cylindres. Ou, ils peuvent être utilisés pour construire des objets plus élaborés, comme un abat-jour qui change de forme et la quantité de lumière qu'il émet, ou un mimosa artificiel avec des pétales de feuilles qui s'ouvrent séquentiellement lorsqu'on le touche.
Les feuilles de mimosa artificielles en papier ordinaire répondent au toucher humain, grâce à une technologie d'actionnement de papier développée par l'Institut d'interaction homme-machine de l'Université Carnegie Mellon. Crédit :Université Carnegie Mellon
En juin, plus de 50 étudiants dans un atelier à l'Université du Zhejiang à Hangzhou, Chine, utilisé la technologie d'actionnement du papier pour créer des livres pop-up élaborés, y compris des interprétations d'œuvres d'art célèbres, comme la Nuit étoilée et les Tournesols de Van Gogh.
L'actionneur de papier imprimé sera exposé du 6 au 10 septembre au festival Ars Electronica à Linz, L'Autriche; 13-30 sept. au Palais des Beaux-Arts Bozar à Bruxelles, La Belgique; et d'octobre à mars chez Hyundai Motorstudio à Pékin, Chine. Le groupe de Yao a présenté la technologie en avril au CHI 2018, la Conférence sur les facteurs humains dans les systèmes informatiques, à Montreal.
"La plupart des robots, même ceux qui sont en papier, nécessitent un moteur externe, " dit Wang, un boursier de la CMU Manufacturing Futures Initiative. "Les nôtres ne le font pas, qui crée de nouvelles opportunités, pas seulement pour la robotique, mais pour l'art interactif, applications de divertissement et à domicile."
La création d'un actionneur papier est un processus relativement simple, dit Cheng. Il utilise le type d'imprimante 3D le moins cher, une imprimante dite FDM qui dépose un filament continu de thermoplastique fondu. Les chercheurs utilisent un filament d'impression standard - un composite de polyactide de graphène - qui conduit l'électricité.
L'actionneur thermoplastique est imprimé sur du papier ordinaire en couche mince, juste un demi-millimètre d'épaisseur. L'actionneur est ensuite chauffé dans un four ou avec un pistolet thermique et le papier est plié ou plié dans une forme souhaitée et laissé refroidir. Ce sera la forme par défaut du papier. Des fils électriques peuvent alors être attachés à l'actionneur; l'application d'un courant électrique chauffe l'actionneur, provoquant l'expansion du thermoplastique et donc le lissage du papier. Lorsque le courant est coupé, le papier reprend automatiquement sa forme par défaut.
Yao a déclaré que les chercheurs affinent cette méthode, changer la vitesse d'impression ou la largeur de la ligne de thermoplastique pour obtenir différents effets de pliage ou de pliage. Ils ont également développé des méthodes d'impression de capteurs tactiles, capteurs de glissement de doigt et détecteurs d'angle de flexion pouvant contrôler les actionneurs de papier.
Il reste encore du travail à faire. L'actionnement est lent, que Yao et son équipe espèrent résoudre avec une certaine ingénierie des matériaux, en utilisant des papiers plus conducteurs de chaleur et en développant des filaments d'impression personnalisés pour une utilisation dans les actionneurs. Le même actionnement utilisé pour le papier peut également être utilisé pour les plastiques et les tissus.
En plus de Yao, Wang et Cheng, les auteurs du document de recherche du CHI sont Youngwook Do et Byoungkwon An, affiliés de recherche HCII ; Jianzhe Gu, un doctorat étudiant en HCII; Humphrey Yang, un étudiant en master à l'école d'architecture CMU, et Ye Tao, un chercheur invité de l'Université du Zhejiang.
