Caméléons, les salamandres et de nombreux crapauds utilisent l'énergie élastique stockée pour lancer leurs langues collantes sur des insectes sans méfiance situés jusqu'à une longueur de corps et demie, les attraper en un dixième de seconde.

Ramsès Martinez, un professeur adjoint à la Purdue's School of Industrial Engineering et à la Weldon School of Biomedical Engineering du Purdue University's College of Engineering et d'autres chercheurs de Purdue au FlexiLab ont développé une nouvelle classe de robots et d'actionneurs entièrement souples capables de recréer bioinspirés de haute puissance et des mouvements à grande vitesse utilisant l'énergie élastique stockée. Ces robots sont fabriqués à l'aide de polymères extensibles similaires à des élastiques, avec des canaux pneumatiques internes qui se dilatent lors de la pressurisation.

L'énergie élastique de ces robots est stockée en étirant leur corps dans une ou plusieurs directions au cours du processus de fabrication selon des principes inspirés de la nature. Semblable au coup de langue du caméléon, un robot souple pneumatique précontraint est capable d'étendre cinq fois sa propre longueur, attrapez un coléoptère vivant et récupérez-le en seulement 120 millisecondes.

"Nous pensions que si nous pouvions fabriquer des robots capables d'effectuer des mouvements de grande amplitude à grande vitesse comme des caméléons, alors de nombreuses tâches automatisées pourraient être effectuées avec plus de précision et de manière beaucoup plus rapide, " Martinez a déclaré. "Les robots conventionnels sont généralement construits à l'aide de composants durs et lourds qui ralentissent leur mouvement en raison de l'inertie. Nous voulions relever ce défi."

Cette technologie est publiée dans l'édition du 25 octobre de Matériaux fonctionnels avancés . Une vidéo montrant ce robot attrape-insectes :

Plusieurs oiseaux, comme le pic à trois doigts, réaliser un perchage à puissance nulle en utilisant l'énergie élastique stockée dans les tendons sollicités à l'arrière de leurs jambes, leur permettant de ne pas tomber d'un perchoir lorsqu'ils dorment. L'anatomie de ces oiseaux a servi d'exemple pour permettre la fabrication de pinces robotiques capables de zéro puissance, pouvant supporter jusqu'à 100 fois leur poids et se percher à l'envers sous des angles allant jusqu'à 116 degrés.

La conformabilité des bras souples de ces pinces à l'objet saisi maximise la zone de contact, améliorant la préhension et facilitant la capture à grande vitesse et la tenue sans puissance. Une vidéo montrant comment ces pinces robotiques souples inspirées des oiseaux attrapent une balle se déplaçant à 10 millimètres par seconde en seulement 65 millisecondes est disponible ci-dessous :

Une vidéo montrant comment ces pinces peuvent se percher à l'envers sous des angles allant jusqu'à 116 degrés :

Certaines plantes savent également comment exploiter l'énergie élastique pour obtenir un mouvement à grande vitesse en utilisant des « mécanismes de piège ». Le flytrap Venus utilise l'énergie élastique stockée dans son bistable, feuilles incurvées pour se refermer rapidement sur les proies explorant leur surface interne.

Inspiré par le mécanisme de piège du piège à mouches de Vénus et étudiant comment les lézards attrapent les insectes, l'équipe Purdue a créé un piège à mouches robotique souple de Vénus, qui se ferme en seulement 50 millisecondes après avoir reçu un bref stimulus sous pression. Une vidéo de caméra à haute vitesse montrant la fermeture en un clin d'œil de ce piège à mouches robotique souple de Vénus :

Martinez a déclaré que ces nouveaux robots souples précontraints présentent plusieurs avantages importants par rapport aux systèmes robotiques souples existants. D'abord, ils excellent à saisir, tenir et manipuler une grande variété d'objets à grande vitesse. Ils peuvent utiliser l'énergie élastique stockée dans leur couche élastomère précontrainte pour maintenir des objets jusqu'à 100 fois leur poids sans consommer d'énergie externe.

Leur peau douce peut être facilement modelée avec des microspikes antidérapants, ce qui augmente considérablement leur traction et leur permet de se percher la tête en bas sur des périodes prolongées et facilite la capture de proies vivantes.

"Nous envisageons que les stratégies de conception et de fabrication proposées ici ouvriront la voie à une nouvelle génération de robots entièrement souples capables d'exploiter l'énergie élastique pour atteindre des vitesses et des mouvements actuellement inaccessibles pour les robots existants, ", a déclaré Martinez.