Dans les années récentes, une toute nouvelle classe de robots, inspirée des formes naturelles et construite à l'aide de soft, élastomères flexibles - a pris d'assaut le terrain, avec des conceptions capables de saisir des objets, marche à pied, et même en sautant.

Pourtant, malgré ces innovations, les robots dits « mous » portaient encore quelques pièces « dures ».

En particulier, dit Philipp Rothemund, un doctorant travaillant dans le laboratoire de Woodford L. et Ann A. Flowers University Professor George Whitesides, le gonflage et le dégonflage des robots étaient généralement contrôlés par des valves pneumatiques standard – jusqu'à présent.

Rothemund et son boursier postdoctoral Daniel Preston ont créé une valve souple qui pourrait remplacer ces composants durs, et pourrait conduire à la création de robots entièrement mous. La structure de la vanne peut également être utilisée pour produire des comportement oscillatoire et pourrait même être utilisé pour construire des circuits logiques souples. La vanne est décrite dans un article récemment publié dans Robotique scientifique .

En plus de Rothemund et Preston, l'étude est co-écrite par Alar Ainla, Lee Belding, et Sarah Kurihara du Département de chimie et de biologie chimique, Zhigang Suo de l'Institut Kavli pour la science et la technologie de Bionano, et Whitesides.

« Les gens ont construit de nombreux types de robots mous… et tous sont finalement contrôlés par des vannes dures, " a déclaré Rothemund. " Notre idée était d'intégrer ces fonctions de contrôle dans le robot lui-même, donc nous n'aurions pas besoin de ces durs, parties externes plus. Cette vanne combine deux idées simples :d'abord, la membrane est similaire aux jouets « popper », et la seconde est que lorsque vous pliez ces tubes, c'est comme quand on plie un tuyau d'arrosage pour bloquer l'écoulement de l'eau."

La vanne démontrée par Preston et Rothemund est intégrée dans un cylindre séparé par une membrane en silicone, créant une chambre supérieure et une chambre inférieure.

La mise sous pression de la chambre inférieure force la membrane à s'ouvrir, et en relâchant la pression, il redescend à son état de "repos". Chaque chambre contient également un tube qui peut être plié lorsque la membrane change d'orientation, allumer ou éteindre efficacement la vanne.

"Quelle que soit la direction dans laquelle il est, c'est plier un tube au-dessus ou en dessous, " a dit Preston. " Alors quand il est tombé, le tube inférieur est plié, et il n'y a pas de flux d'air à travers le tube inférieur. Lorsque la membrane s'ouvre, le tube supérieur est plié, le tube inférieur se dépliera, et l'air peut circuler à travers le tube inférieur. Nous pouvons basculer entre ces deux états… pour basculer la sortie. »

À certains égards, Preston et Rothemund ont dit, la valve représente une nouvelle approche de la robotique douce.

Alors que la plupart des travaux sur le terrain se sont jusqu'à présent concentrés sur la fonction - construire des robots capables de saisir ou d'agir comme des écarteurs chirurgicaux souples - Rothemund et Preston considèrent la valve comme un élément clé qui pourrait être utilisé dans un certain nombre d'appareils.

"L'idée est que cela fonctionne avec n'importe quel actionneur souple, " dit Rothemund. " Cela ne répond pas à la question de savoir comment faire une pince, mais il prend du recul et dit que de nombreux robots mous fonctionnent sur le même principe d'inflation et de déflation, donc tous ces robots pourraient utiliser cette vanne."

Preston et Rothemund ont pu adapter la vanne pour effectuer certaines actions, comme saisir un objet, de manière autonome.

Dans une démonstration, Rothemund a expliqué, la vanne a été intégrée dans une pince multidoigts, mais un petit évent a été ajouté pour permettre à la pression d'air de s'échapper de la chambre inférieure de la vanne. Lorsque la pince a été abaissée sur une balle de tennis, cependant, l'évent était fermé, provoquant la mise en pression de la chambre inférieure, actionner la vanne, et mettre la pince en action.

« Donc, cela intègre la fonction dans le robot, " dit-il. " Les gens ont déjà fait des pinces, mais il y avait toujours quelqu'un qui se tenait là pour voir que la pince était suffisamment proche pour s'activer. Cela le fait automatiquement."

L'équipe a également pu construire un système de « rétroaction » qui, lorsqu'il est alimenté par un seul, pression constante, fait osciller rapidement la vanne entre les états.

Essentiellement, Preston a dit, le système a alimenté la pression d'air à travers la chambre supérieure et dans le fond. Lorsque la vanne a sauté dans la position élevée, ça coupe la pression, laisser la chambre inférieure s'aérer, relâcher la pression et faire revenir la membrane en position basse, recommencer le cycle.

"Nous avons profité du fait que la pression qui fait basculer la membrane est différente de la pression nécessaire pour qu'elle redescende, " a-t-il expliqué. " Ainsi, lorsque nous réinjectons la sortie dans la vanne elle-même, nous obtenons ce comportement oscillatoire."

En utilisant ce comportement, l'équipe a pu construire un simple robot "inchworm" capable de se déplacer sur la base d'une seule valve recevant une seule pression d'entrée.

"Donc avec une pression constante, nous avons pu obtenir ce mouvement de marche, " a déclaré Preston. " Nous ne contrôlons pas du tout cette marche – nous appliquons juste une seule pression et elle marche toute seule. "

Aller de l'avant, Rothemund a dit, davantage de travail doit être fait pour affiner davantage la vanne afin qu'elle puisse être optimisée pour diverses utilisations et diverses géométries.

"C'était juste une démonstration avec la membrane, " Il a dit. " Il existe de nombreuses géométries différentes qui montrent ce type de comportement bistable … alors maintenant nous pouvons réellement penser à concevoir cela pour qu'il s'intègre dans un robot, selon l'application que vous avez en tête."

Preston espère également explorer si la valve, car elle est toujours dans l'un des deux états, pourrait être utilisée comme un type de transistor pour former des circuits logiques.

"C'est un peu comme un transistor d'une certaine manière, " a-t-il dit. " Vous pouvez faire entrer une pression d'entrée et changer ce que la sortie va être … en ce sens, nous pourrions penser à cela presque comme un bloc de construction pour un ordinateur complètement logiciel. "

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de la Harvard Gazette, Journal officiel de l'université Harvard. Pour des nouvelles universitaires supplémentaires, visitez Harvard.edu.