Les étudiants en génie mécanique se sont lancés le défi de créer un poisson robotique qui non seulement nage comme un vrai poisson, mais regarde la partie aussi, démontrant les possibilités inhérentes à la robotique douce.

Lorsque les humains ont conçu les robots pour la première fois, ils étaient maladroits, faits de feuilles d'aluminium et d'acier qui les empêchaient de se déplacer de manière fluide. Même à distance, il n'y avait aucune chance de confondre un robot avec un humain ou tout autre type de créature vivante.

En utilisant la modélisation de conception assistée par ordinateur (CAO), une équipe d'élèves ingénieurs, travaillant avec le Dr Satyandra K. Gupta, Smith International Professor en génie mécanique et président associé du Département de génie aérospatial et mécanique, s'est efforcé de faire progresser les applications de la robotique en créant un poisson robotique mou qui, d'une certaine distance, serait confondu avec un vrai.

Le poisson, nommé SCI-FI BOT (Sarasa Comet Inspired Fish Robot), a été calqué sur le poisson rouge de la comète de Sarasa. "C'est un poisson super commun, surtout en Amérique. Cela facilitera l'étude du poisson et de ses mouvements, et le rendre le plus réaliste possible, " dit Mishaal Parekh, un étudiant en deuxième année de l'USC Viterbi.

Cette réalité a été réalisée étape par étape pour moins de 200 $, grâce au travail acharné de deux groupes d'étudiants diplômés et de premier cycle en génie mécanique. Lancé à l'été 2018 avec une première équipe de deux étudiants - Aniruddha Shembekar et Rohil Aggarwal - qui ont donné au poisson ses éléments rudimentaires, le poisson a gagné son intuitif, mouvement réaliste et regarder à travers le travail d'une deuxième équipe, au cours du dernier semestre. La deuxième équipe comprenait Manish Shastrakar, Yilun Yu, Chien Tzai Chen, Mishaal Parekh, et Jonathan Wilson.

"Beaucoup ont déjà essayé de créer des poissons robotisés, mais si vous regardez les capacités d'un poisson réel, les versions robotiques ne sont pas du tout capables. L'objectif principal de ce projet était d'intégrer des éléments comme une caméra, tout en s'assurant que le poisson avait un flexible, corps extérieur réaliste et imite le mouvement réel d'un poisson rouge de la comète Sarasa, " a déclaré Manish Shastrakar, un étudiant de deuxième année de master et chef d'équipe.

Apparence

SCI-FI BOT n'a pas acquis sa beauté facilement. Le processus a commencé par la recherche de matériaux qui reproduiraient les capacités de la vraie peau de poisson. L'équipe a contacté des imprimantes 3D, cependant, n'ont pas été en mesure de trouver une solution rentable pour l'impression de peaux capables d'intégrer la couleur et la texture de manière transparente. Passons au plan B, l'équipe a utilisé des moules qu'elle a remplis de silicone - qui est flexible et extensible - pour créer le corps extérieur du poisson. Ils ont ensuite rehaussé cette "peau" avec de la peinture pour reproduire la couleur et les écailles attendues dans un poisson rouge de la comète de Sarasa.

Mouvement

Comment faire bouger un robot comme un vrai poisson ? Vous étudiez la version réelle sous tous les angles, dans des environnements différents, c'est exactement ce que cette équipe a fait. Alors que les poissons utilisent plusieurs types de locomotion, l'équipe d'étudiants a choisi de se concentrer sur le sous-carangiforme. Ça signifie, pendant que la queue bouge, vous verrez du mouvement jusqu'à la tête du poisson. D'habitude, cela indique que le corps du poisson est plus rigide, donner de la vitesse au poisson tout en contrôlant les manœuvres, comme des virages, sont réduits. Du point de vue de la conception, ceci parfaitement aligné sur les pièces les plus rigides du corps, qui ont été imprimés en 3D. Cela signifiait également qu'un nombre réduit de servomoteurs (moteurs couplés à des capteurs pour permettre un contrôle précis du positionnement) étaient nécessaires pour imiter ce type de mouvement dans le modèle.

Pour perfectionner le mouvement de SCI-FI BOT, l'équipe a mesuré l'angle de ses parties du corps par rapport à son propre axe longitudinal lorsque le poisson était en mouvement. Des servomoteurs ont été placés à chacun de ces points de rotation.

À la recherche de défis

Désireux d'acquérir une expérience pratique en robotique, un domaine qui offre une croissance continue et des opportunités professionnelles passionnantes, les étudiants ont cherché Gupta, Directeur du Center for Advanced Manufacturing (CAM) (où les étudiants ont construit le poisson), pour un projet qui les engagerait et les mettrait au défi.

"Faire un poisson n'est pas une tâche facile, parce qu'il faut être précis sur le mouvement et la forme et faire face aux contraintes d'espace, " dit Yulin Yu, un étudiant en deuxième année de master. "Un poisson robotique, en particulier, offre la possibilité de relever des défis allant de la conception de logiciels aux circuits électriques en passant par la conception mécanique et l'esthétique. Tout cela, plus le poisson doit travailler sous l'eau."

L'équipe SCI-FI BOT a relevé bon nombre de ces défis, prolonger la durée de vie de la batterie par rapport aux itérations précédentes du double (maintenant une heure) et s'assurer que la charge peut se faire sans fil. Prochaine étape :travailler sur le contrôle de la profondeur et donner au poisson une autonomie, la possibilité de se rendre seul d'un point A à un point B.

En attendant, les élèves ont également appris de précieuses leçons sur le travail dans les tranchées. "Ce que j'ai appris, c'est d'être un touche-à-tout. De contacter des fournisseurs pour la peau de poisson à la création du modèle CAO en passant par le montage de la vidéo de notre travail, " dit Parek.

Underwater Insights

Soft robots are a growing field, as they are viewed to be safer and easier to maneuver than hard robots. À la fois, soft robots have a closer likeness to human and animal bodies, allowing them to more easily blend in.

A robotic fish, en particulier, could be used to study marine life. Biologistes, who have in the past been limited by tools that disturb marine life with their presence, will be better able to see, up close, how fish behave and communicate with each other using robots like SCI-FI BOT.

"It's unobtrusive, so it's easier to get a natural look at what is going on in the ocean, " said Parekh.

Au-delà de ça, what we learn could help us in improving how we ourselves navigate bodies of water.

"From a research perspective, the more closely you can replicate the fish, the better we can learn about how fish swim—gaining understanding of their efficiencies. How do they conserve energy or deal with the current? We can use this to help us design underwater vehicles, " said Gupta.

Pour l'instant, SCI-FI BOT continues practicing laps at the surface.