Contrairement aux bras de robot conventionnels avec articulations articulées et pivotantes, Les nouveaux bras flexibles développés par le professeur Stefan Seecke et son groupe de recherche à l'Université de la Sarre sont construits à l'aide de muscles fabriqués à partir de fils à mémoire de forme qui ont la capacité de se plier dans presque toutes les directions et de s'enrouler dans les virages.

Les bras flexibles sont alimentés électriquement et peuvent ainsi se passer des équipements pneumatiques habituels ou autres accessoires encombrants. Comme l'alliage à mémoire de forme possède lui-même des propriétés de capteur, les bras peuvent être contrôlés sans avoir besoin de capteurs supplémentaires. La nouvelle technologie peut être utilisée pour construire de grands bras robotiques avec la flexibilité d'une trompe d'éléphant ou des tentacules ultrafins pour une utilisation dans les opérations endoscopiques.

Du 1er au 5 avril, l'équipe de recherche sera à Hannover Messe, où ils utiliseront des prototypes pour démontrer les capacités des bras à mémoire de forme sur le stand de recherche et d'innovation de la Sarre. L'équipe de Seecke recherche des partenaires intéressés par le développement de la technologie pour des applications pratiques.

Il existe des limites fonctionnelles à la flexibilité des bras humains et robotiques. Les articulations sont souvent volumineuses et relient des os rigides ou des assemblages mécaniques. Le mouvement est généralement limité à certaines directions spatiales. En revanche, les trompes d'éléphant et les tentacules de poulpe offrent une bien plus grande agilité. La présence de dizaines de milliers de muscles permet à ces créatures de déplacer le tronc ou le tentacule dans toutes les directions, pour le plier juste au bon degré et pour saisir les choses avec une grande puissance. Les ingénieurs de l'Université de la Sarre se sont inspirés de ces modèles naturels et développent des bras robotiques qui éliminent le besoin d'articulations ou de squelettes ou cadres rigides, créant des structures à la fois légères et extrêmement souples.

Le professeur Stefan Seecke et son équipe collaborent avec des chercheurs de l'Université technique de Darmstadt pour développer des tentacules artificiels contrôlés avec précision. Dans le futur, le système pourrait être utilisé comme fil de guidage en chirurgie cardiaque ou comme endoscope dans les procédures gastroscopiques et colosscopiques. Les chercheurs équipent donc les tentacules artificiels de fonctions supplémentaires comme une pince ou une pointe à rigidité réglable qui délivre une force de poussée améliorée. Mais la technologie peut également être étendue pour produire de grands bras robotiques similaires à la trompe d'un éléphant.

La flexibilité de ces nouveaux bras robotiques provient des muscles artificiels utilisés par l'équipe de recherche de Sarrebruck. Ces muscles sont composés de fils ultrafins de nickel-titane (nitinol) qui se contractent et s'allongent de manière contrôlée. Les fils de nitinol ultrafins se contractent comme de vrais muscles, selon qu'un courant électrique circule ou non.

"Le nickel-titane est ce qu'on appelle un alliage à mémoire de forme, ce qui signifie qu'il est capable de reprendre sa forme initiale après avoir été déformé. Si un courant électrique traverse un fil de nitinol, le matériau chauffe, l'amenant à adopter une structure cristalline différente avec pour résultat que le fil devient plus court. Si le courant est coupé, le fil se refroidit et s'allonge à nouveau, " explique le professeur Seekeke.

Son équipe du Intelligent Material Systems Lab de l'Université de la Sarre a créé des faisceaux de ces fils qui agissent comme des fibres musculaires artificielles. « Plusieurs fils ultrafins offrent une grande surface à travers laquelle ils peuvent transférer de la chaleur, ce qui signifie qu'ils se contractent plus rapidement. Les fils ont la densité d'énergie la plus élevée de tous les mécanismes d'entraînement connus. Et ils peuvent exercer une force de traction très élevée sur une courte distance, " explique Seekeke, qui mène également des recherches au ZeMA, le Centre de technologie mécatronique et d'automatisation de Sarrebruck. L'équipe de recherche de ZeMA développe une gamme d'applications pour ces fils, des nouveaux systèmes de refroidissement aux nouveaux types de vannes et de pompes.

Pour les bras du robot, les chercheurs relient les faisceaux de fils afin qu'ils agissent comme des muscles fléchisseurs ou extenseurs, lequel, travailler de concert, produire un mouvement fluide. « Les tentacules qui pourraient être utilisés à l'avenir comme cathéters médicaux ou dans les procédures endoscopiques ont des diamètres d'environ 300 à 400 micromètres seulement. Aucun autre système d'entraînement n'est de taille comparable. leurs capacités, " explique Paul Motzki, qui a écrit sa thèse de doctorat sur les fils à mémoire de forme et est assistant de recherche dans le groupe du professeur Seecke.

Les nouveaux tentacules peuvent être contrôlés très précisément et peuvent être utilisés pour créer des outils multifonctionnels. Par exemple, la pointe distale du tentacule peut être amenée à effectuer un mouvement de poussée. Le modèle exact de mouvement requis est modélisé par les chercheurs puis programmé sur une puce semi-conductrice. Et le système n'a pas besoin d'autres capteurs. Les fils eux-mêmes fournissent toutes les données nécessaires. "Le matériau à partir duquel les fils sont fabriqués a des propriétés sensorielles. L'unité de contrôle est capable d'interpréter les données de résistance électrique afin de connaître la position et l'orientation exactes des fils à tout moment, " dit Paul Motzki.

Contrairement aux bras robotiques conventionnels qui nécessitent l'alimentation d'un moteur électrique ou d'un système pneumatique ou hydraulique, les armes n'ont pas besoin d'un tel équipement lourd, uniquement du courant électrique. "Cela rend le système léger, très adaptable et silencieux à utiliser, et cela signifie que les coûts de production sont relativement bas, ", déclare le professeur Seecke. L'équipe de recherche exposera ses prototypes de système à Hannover Messe et démontrera le potentiel de ces nouveaux bras robotiques continus.