Les chercheurs ont créé un nouveau type de petit robot imprimé en 3D qui se déplace en exploitant les vibrations des actionneurs piézoélectriques, sources d'ultrasons ou même de minuscules haut-parleurs. Des essaims de ces "micro-robots à poils" pourraient travailler ensemble pour détecter les changements environnementaux, déplacer des matériaux ou peut-être un jour réparer des blessures à l'intérieur du corps humain.

Les robots prototypes répondent à des fréquences vibratoires différentes selon leurs configurations, permettant aux chercheurs de contrôler des robots individuels en ajustant la vibration. Long d'environ deux millimètres, soit à peu près la taille de la plus petite fourmi du monde, les robots peuvent couvrir quatre fois leur longueur en une seconde malgré les limitations physiques de leur petite taille.

"Nous travaillons à rendre la technologie robuste, et nous avons beaucoup d'applications potentielles en tête, " dit Azadeh Ansari, professeur adjoint à la School of Electrical and Computer Engineering du Georgia Institute of Technology. « Nous travaillons au croisement de la mécanique, électronique, biologie et physique. C'est un domaine très riche et il y a beaucoup de place pour des concepts multidisciplinaires."

Un article décrivant les micro-poils-bots a été accepté pour publication dans le Journal de micromécanique et de micro-ingénierie . La recherche a été financée par une subvention de démarrage de l'Institute for Electronics and Nanotechnology de Georgia Tech. En plus d'Ansari, l'équipe de recherche comprend le professeur agrégé de la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering Jun Ueda et les étudiants diplômés DeaGyu Kim et Zhijian (Chris) Hao.

Les micro-robots à poils se composent d'un actionneur piézoélectrique collé sur un corps en polymère imprimé en 3D à l'aide d'une lithographie par polymérisation à deux photons (TPP). L'actionneur génère des vibrations et est alimenté en externe car aucune batterie n'est assez petite pour tenir sur le bot. Les vibrations peuvent également provenir d'un agitateur piézoélectrique sous la surface sur laquelle se déplacent les robots, à partir d'une source ultrasonore/sonar, ou même d'un petit haut-parleur acoustique.

Les vibrations déplacent les jambes élastiques de haut en bas, propulser le micro-bot vers l'avant. Chaque robot peut être conçu pour répondre à différentes fréquences de vibration en fonction de la taille des jambes, diamètre, conception et géométrie globale. L'amplitude des vibrations contrôle la vitesse à laquelle les micro-bots se déplacent.

« Alors que les micro-robots à poils se déplacent de haut en bas, le mouvement vertical se traduit par un mouvement directionnel en optimisant le design des jambes, qui ressemblent à des poils, " a expliqué Ansari. " Les pattes du micro-robot sont conçues avec des angles spécifiques qui leur permettent de se plier et de se déplacer dans une direction en réponse résonnante à la vibration. "

Les micro-robots à poils sont fabriqués dans une imprimante 3D selon le procédé TPP, une technique qui polymérise un matériau de résine monomère. Une fois que la partie du bloc de résine frappée par la lumière ultraviolette a été chimiquement développée, le reste peut être emporté, laissant la structure robotique souhaitée.

"C'est de l'écriture plutôt que de la lithographie traditionnelle, " expliqua Ansari. " Vous vous retrouvez avec la structure que vous écrivez avec un laser sur le matériau en résine. Le processus prend maintenant un certain temps, nous cherchons donc des moyens de l'étendre pour créer des centaines ou des milliers de micro-bots à la fois."

Certains robots ont quatre pattes, tandis que d'autres en ont six. Le premier auteur DeaGyu Kim a fabriqué des centaines de petites structures pour déterminer la configuration idéale.

Les actionneurs piézoélectriques, qui utilisent le matériau titanate de zirconate de plomb (PZT), vibrer lorsqu'une tension électrique leur est appliquée. En marche arrière, ils peuvent également être utilisés pour générer une tension, quand ils vibrent, une capacité que les micro-robots à poils pourraient utiliser pour alimenter des capteurs embarqués lorsqu'ils sont actionnés par des vibrations externes.

Ansari et son équipe s'efforcent d'ajouter une capacité de direction aux robots en réunissant deux micro-robots à poils légèrement différents. Parce que chacun des micro-bots joints répondrait à différentes fréquences de vibration, la combinaison pourrait être dirigée en faisant varier les fréquences et les amplitudes. "Une fois que vous avez un micro-robot entièrement orientable, vous pouvez imaginer faire beaucoup de choses intéressantes, " elle a dit.

D'autres chercheurs ont travaillé sur des micro-robots qui utilisent des champs magnétiques pour produire du mouvement, a noté Ansari. Bien que cela soit utile pour déplacer des essaims entiers à la fois, les forces magnétiques ne peuvent pas être facilement utilisées pour adresser des robots individuels au sein d'un essaim. Les micro-robots à poils créés par Ansari et son équipe sont considérés comme les plus petits robots alimentés par des vibrations.

Les micro-robots à poils mesurent environ deux millimètres de long, 1,8 millimètres de large et 0,8 millimètres d'épaisseur, et peser environ cinq milligrammes. L'imprimante 3D peut produire des robots plus petits, mais avec une masse réduite, les forces d'adhérence entre les petits appareils et une surface peuvent devenir très importantes. Parfois, les micro-bots ne peuvent pas être séparés de la pince à épiler utilisée pour les ramasser.

Ansari et son équipe ont construit un "terrain de jeu" dans lequel plusieurs micro-bots peuvent se déplacer à mesure que les chercheurs en apprennent davantage sur ce qu'ils peuvent faire. Ils sont également intéressés par le développement de micro-bots capables de sauter et de nager.

"On peut regarder le comportement collectif des fourmis, par exemple, et appliquer ce que nous apprenons d'eux à nos petits robots, " a-t-elle ajouté. " Ces micro-robots à poils marchent bien dans un environnement de laboratoire, mais nous devrons faire beaucoup plus avant qu'ils ne puissent sortir dans le monde extérieur."