Dans les usines et les entrepôts d'aujourd'hui, il n'est pas rare de voir des robots filer à toute allure, transporter des articles ou des outils d'une station à une autre. Pour la plupart, les robots naviguent assez facilement à travers les mises en page ouvertes. Mais ils ont beaucoup plus de mal à se faufiler dans des espaces étroits pour effectuer des tâches telles qu'atteindre un produit au fond d'une étagère encombrée, ou serpenter autour des pièces du moteur d'une voiture pour dévisser un bouchon d'huile.

Maintenant, les ingénieurs du MIT ont développé un robot conçu pour étendre un appendice en forme de chaîne suffisamment flexible pour se tordre et tourner dans n'importe quelle configuration nécessaire, suffisamment rigide pour supporter de lourdes charges ou appliquer un couple pour assembler des pièces dans des espaces restreints. Lorsque la tâche est terminée, le robot peut rétracter l'appendice et l'étendre à nouveau, à une longueur et une forme différentes, pour s'adapter à la tâche suivante.

La conception de l'appendice s'inspire de la façon dont les plantes poussent, qui implique le transport de nutriments, sous forme fluidisée, jusqu'à la pointe de la plante. Là, ils sont transformés en matière solide pour produire, petit à petit, une tige de soutien.

De même, le robot est constitué d'un "point de croissance, " ou boîte de vitesses, qui tire une chaîne lâche de blocs de verrouillage dans la boîte. Les engrenages dans la boîte verrouillent ensuite les unités de chaîne ensemble et alimentent la chaîne, unité par unité, comme un appendice rigide.

Les chercheurs ont présenté le "robot de croissance" inspiré des plantes cette semaine lors de la conférence internationale IEEE sur les robots et systèmes intelligents (IROS) à Macao. Ils envisagent que les pinces, appareils photo, et d'autres capteurs pourraient être montés sur la boîte de vitesses du robot, lui permettant de serpenter dans le système de propulsion d'un aéronef et de serrer une vis desserrée, ou d'entrer dans une étagère et de saisir un produit sans perturber l'organisation de l'inventaire environnant, entre autres tâches.

"Pensez à changer l'huile de votre voiture, " dit Harry Asada, professeur de génie mécanique au MIT. « Après avoir ouvert le toit du moteur, il faut être suffisamment souple pour faire des virages serrés, gauche et droite, pour accéder au filtre à huile, et ensuite il faut être assez fort pour tordre le bouchon du filtre à huile pour le retirer."

« Maintenant, nous avons un robot qui peut potentiellement accomplir de telles tâches, " dit Tongxi Yan, un ancien étudiant diplômé du laboratoire d'Asada, qui a dirigé les travaux. "Ça peut grandir, se rétracter, et grandir à nouveau sous une forme différente, s'adapter à son environnement.

L'équipe comprend également l'étudiante diplômée du MIT Emily Kamienski et le chercheur invité Seiichi Teshigawara, qui a présenté les résultats à la conférence.

Le dernier pied

La conception du nouveau robot est une émanation du travail d'Asada pour résoudre le "dernier problème d'un pied" - un terme d'ingénierie faisant référence à la dernière étape, ou pied, d'une tâche ou d'une mission exploratoire d'un robot. Alors qu'un robot peut passer la plupart de son temps à traverser un espace ouvert, le dernier pied de sa mission peut impliquer une navigation plus agile grâce à une navigation plus étroite, des espaces plus complexes pour accomplir une tâche.

Les ingénieurs ont conçu divers concepts et prototypes pour résoudre le dernier problème d'un pied, y compris les robots fabriqués à partir de soft, des matériaux ressemblant à des ballons qui poussent comme des vignes pour se faufiler dans des crevasses étroites. Mais Asada dit que ces robots extensibles souples ne sont pas assez robustes pour prendre en charge "les effecteurs finaux, " ou des modules complémentaires tels que des pinces, appareils photo, et d'autres capteurs qui seraient nécessaires à la réalisation d'une tâche, une fois que le robot s'est frayé un chemin jusqu'à sa destination.

"Notre solution n'est pas réellement douce, mais une utilisation astucieuse de matériaux rigides, " dit Asada, qui est le professeur d'ingénierie de la Fondation Ford.

Maillons de chaîne

Une fois que l'équipe a défini les éléments fonctionnels généraux de la croissance des plantes, ils ont cherché à imiter cela dans un sens général, dans un robot extensible.

"La réalisation du robot est totalement différente d'une vraie usine, mais il présente le même genre de fonctionnalité, à un certain niveau abstrait, " dit Asada.

Les chercheurs ont conçu une boîte de vitesses pour représenter la « pointe de croissance du robot, " semblable au bourgeon d'une plante, où, à mesure que plus de nutriments affluent vers le site, la pointe alimente la tige plus rigide. Dans la boîte, ils s'adaptent à un système d'engrenages et de moteurs, qui travaille pour tirer un matériau fluidisé - dans ce cas, une séquence courbe d'unités en plastique imprimées en 3D imbriquées les unes dans les autres, semblable à une chaîne de vélo.

Au fur et à mesure que la chaîne est introduite dans la boîte, il tourne autour d'un treuil, qui l'alimente à travers un deuxième groupe de moteurs programmés pour verrouiller certaines unités de la chaîne à leurs unités voisines, créant un appendice rigide lorsqu'il sort de la boîte.

Les chercheurs peuvent programmer le robot pour verrouiller certaines unités ensemble tout en laissant d'autres déverrouillés, pour former des formes spécifiques, ou de "grandir" dans certaines directions. Dans les expériences, ils ont pu programmer le robot pour qu'il contourne un obstacle au fur et à mesure qu'il s'étendait ou grandissait à partir de sa base.

"Il peut être verrouillé à différents endroits pour être courbé de différentes manières, et avoir une large gamme de mouvements, " dit Yan.

Lorsque la chaîne est verrouillée et rigide, il est assez solide pour supporter un lourd, poids d'une livre. Si une pince était fixée à la pointe de croissance du robot, ou boite de vitesse, les chercheurs disent que le robot pourrait potentiellement grandir assez longtemps pour serpenter dans un espace étroit, puis appliquez suffisamment de couple pour desserrer un boulon ou dévisser un capuchon.

La maintenance automatique est un bon exemple de tâches que le robot pourrait effectuer, selon Kamienski. "L'espace sous le capot est relativement ouvert, mais c'est ce dernier morceau où vous devez naviguer autour d'un bloc moteur ou quelque chose pour accéder au filtre à huile, qu'un bras fixe ne pourrait pas naviguer. Ce robot pourrait faire quelque chose comme ça."