Auparavant, les robots étaient limités au levage de charges lourdes ou au travail de détail dans les usines. Maintenant le robot agile à quatre pattes de Boston Dynamics, Endroit, est disponible pour les entreprises à louer pour effectuer divers travaux du monde réel, un signe de la fréquence à laquelle les interactions entre les humains et les machines sont devenues ces dernières années.

Et tandis que Spot est polyvalent et robuste, c'est ce que la société considère comme un robot traditionnel, un mélange de métal et de plastique dur. De nombreux chercheurs sont convaincus que les robots mous capables d'interagir physiquement en toute sécurité avec les humains, par exemple, fournir une assistance à domicile en saisissant et en déplaçant des objets - rejoindra des robots durs pour peupler l'avenir.

Robotique douce et ordinateurs portables, les deux technologies qui sont sans danger pour l'interaction humaine, exigera de nouveaux types de matériaux souples et extensibles et remplissant une grande variété de fonctions. Mes collègues et moi-même du Soft Machines Lab de l'Université Carnegie Mellon développons ces matériaux multifonctionnels. Avec des collaborateurs, nous avons récemment développé un tel matériau qui combine de manière unique les propriétés des métaux, caoutchoucs souples et matériaux à mémoire de forme.

Ces matières multifonctionnelles douces, comme on les appelle, Conduit l'électricité, détecter les dommages et se soigner. Ils peuvent également sentir le toucher et changer de forme et de rigidité en réponse à une stimulation électrique, comme un muscle artificiel. De plusieurs façons, c'est ce que les chercheurs pionniers Kaushik Bhattacharya et Richard James ont décrit :« le matériau est la machine ».

Rendre les matériaux intelligents

Cette idée que le matériau est la machine peut être capturée dans le concept d'intelligence incarnée. Ce terme est généralement utilisé pour décrire un système de matériaux interconnectés, comme les tendons du genou. Lors de la course, les tendons peuvent s'étirer et se détendre pour s'adapter à chaque fois que le pied touche le sol, sans avoir besoin d'aucun contrôle neural.

Il est également possible de penser à l'intelligence incarnée dans un seul matériau, celui qui peut sentir, traiter et répondre à son environnement sans dispositifs électroniques embarqués tels que des capteurs et des unités de traitement.

Un exemple simple est le caoutchouc. Au niveau moléculaire, le caoutchouc contient des chaînes de molécules qui sont enroulées et liées entre elles. L'étirement ou la compression du caoutchouc déplace et déroule les cordes, mais leurs liens forcent le caoutchouc à rebondir dans sa position d'origine sans se déformer de façon permanente. La capacité du caoutchouc à « connaître » sa forme d'origine est contenue dans la structure du matériau.

Étant donné que les matériaux d'ingénierie du futur adaptés à l'interaction homme-machine nécessiteront une multifonctionnalité, les chercheurs ont essayé de construire de nouveaux niveaux d'intelligence incarnée - au-delà de l'étirement - dans des matériaux comme le caoutchouc. Récemment, mes collègues ont créé des circuits d'auto-guérison noyés dans du caoutchouc.

Ils ont commencé par disperser des gouttelettes de métal liquide à micro-échelle enveloppées dans une "peau" électriquement isolante à travers du caoutchouc de silicone. Dans son état d'origine, la fine couche d'oxyde métallique de la peau empêche les gouttelettes métalliques de conduire l'électricité.

Cependant, si le caoutchouc métallisé est soumis à une force suffisante, les gouttelettes se rompront et fusionneront pour former des voies électriquement conductrices. Toutes les lignes électriques imprimées dans ce caoutchouc deviennent auto-réparatrices. Dans une étude distincte, ils ont montré que le mécanisme d'auto-guérison pouvait également être utilisé pour détecter les dommages. De nouvelles lignes électriques se forment dans les zones endommagées. Si un signal électrique passe, qui indique les dégâts.

La combinaison de métal liquide et de caoutchouc a donné au matériau une nouvelle voie pour détecter et traiter son environnement, c'est-à-dire une nouvelle forme d'intelligence incarnée. Le réarrangement du métal liquide permet au matériau de "savoir" lorsqu'un dommage s'est produit en raison d'une réponse électrique.

La mémoire de forme est un autre exemple d'intelligence incarnée dans les matériaux. Cela signifie que les matériaux peuvent changer de manière réversible en une forme prescrite. Les matériaux à mémoire de forme sont de bons candidats pour le mouvement linéaire en robotique douce, capable de se déplacer d'avant en arrière comme votre muscle biceps. Mais ils offrent également des capacités de changement de forme uniques et complexes.

Par exemple, deux groupes de scientifiques des matériaux ont récemment démontré comment une classe de matériaux pouvait se transformer de manière réversible d'une feuille plate ressemblant à du caoutchouc en une carte topographique en 3D d'un visage. C'est un exploit qui serait difficile avec des moteurs et des engrenages traditionnels, mais c'est simple pour cette classe de matériaux en raison de l'intelligence incarnée du matériau. Les chercheurs ont utilisé une classe de matériaux appelés élastomères à cristaux liquides, qui sont parfois décrits comme des muscles artificiels car ils peuvent s'étendre et se contracter avec l'application d'un stimulus comme la chaleur, léger, ou l'électricité.

Mettre tous ensemble

En s'inspirant du composite métal liquide et du matériau à morphing, mes collègues et moi avons récemment créé un composite souple doté d'une multifonctionnalité sans précédent.

Il est doux et extensible, et il peut conduire la chaleur et l'électricité. Il peut changer activement de forme, contrairement au caoutchouc ordinaire. Puisque notre composite conduit facilement l'électricité, le morphing de forme peut être activé électriquement. Puisqu'il est doux et déformable, il est également résistant aux dommages importants. Parce qu'il peut conduire l'électricité, le composite peut s'interfacer avec l'électronique traditionnelle et répondre dynamiquement au toucher.

Par ailleurs, notre composite peut se guérir et détecter les dommages d'une toute nouvelle manière. Les dommages créent de nouvelles lignes électriquement conductrices qui activent le morphing de la forme dans le matériau. Le composite répond en se contractant spontanément lorsqu'il est perforé.

Dans le film "Terminator 2 :Le Jugement dernier, " l'androïde à changement de forme T-1000 peut se liquéfier; peut changer de forme, Couleur, et texture; est immunisé contre les dommages mécaniques; et fait preuve d'une force surhumaine. Un robot aussi complexe nécessite des matériaux multifonctionnels complexes. Maintenant, des matériaux qui peuvent sentir, traiter et répondre à leur environnement comme ces composites de morphing de forme commencent à devenir une réalité.

Mais contrairement au T-1000, ces nouveaux matériaux ne sont pas une force pour le mal - ils ouvrent la voie à des appareils fonctionnels souples comme les prothèses, robots compagnons, technologies d'exploration à distance, des antennes qui peuvent changer de forme et bien d'autres applications que les ingénieurs n'ont même pas encore imaginées.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.