Les « robots Origami » sont des robots souples et flexibles à la pointe de la technologie qui sont testés pour une utilisation dans diverses applications, notamment l'administration de médicaments dans le corps humain, des missions de recherche et de sauvetage dans des environnements sinistrés et des bras robotiques humanoïdes.

Parce que ces robots doivent être flexibles, ils sont souvent fabriqués à partir de matériaux souples tels que le papier, plastique et caoutchouc. Pour être fonctionnel, des capteurs et des composants électriques sont souvent ajoutés sur le dessus, mais ceux-ci ajoutent du volume aux appareils.

Maintenant, une équipe de chercheurs de NUS a développé une nouvelle méthode de création d'un nouveau matériau à base de métal à utiliser dans ces robots mous.

Combinant des métaux tels que le platine avec du papier brûlé (cendres), le nouveau matériau a des capacités améliorées tout en conservant la pliabilité et la légèreté du papier et du plastique traditionnels. En réalité, le nouveau matériau est deux fois moins léger que le papier, ce qui le rend également plus économe en énergie.

Ces caractéristiques font de ce matériau un excellent candidat pour fabriquer des membres prothétiques flexibles et légers qui peuvent être jusqu'à 60 % plus légers que leurs homologues conventionnels. De telles prothèses peuvent fournir une détection de contrainte en temps réel pour donner des informations sur leur degré de flexion, donnant aux utilisateurs un contrôle plus fin et des informations immédiates, le tout sans avoir besoin de capteurs externes qui, autrement, ajouteraient un poids indésirable à la prothèse.

Cette épine dorsale métallique légère est au moins trois fois plus légère que les matériaux conventionnels utilisés pour fabriquer des robots origami. Il est également plus économe en énergie, permettant aux robots origami de travailler plus rapidement en utilisant 30 % d'énergie en moins. Par ailleurs, le nouveau matériau est résistant au feu, ce qui le rend adapté à la fabrication de robots qui travaillent dans des environnements difficiles car il peut résister à une combustion à environ 800 ° C pendant jusqu'à 5 minutes.

Comme avantage supplémentaire, le nouveau matériau conducteur a des capacités de chauffage géothermique à la demande - l'envoi d'une tension à travers le matériau le fait chauffer, ce qui permet d'éviter les dommages causés par le givrage lorsqu'un robot travaille dans un environnement froid. Ces propriétés peuvent être utilisées dans la création de lumière, des robots de recherche et de sauvetage flexibles qui peuvent pénétrer dans des zones dangereuses tout en fournissant un retour d'information et une communication en temps réel.

Percée de la recherche publiée dans le prestigieux Robotique scientifique journal

Le matériau à base de métal est produit grâce à un nouveau processus développé par l'équipe appelé « synthèse de modèles activée par l'oxyde de graphène ». Le papier de cellulose est d'abord trempé dans une solution d'oxyde de graphène, avant de le plonger dans une solution d'ions métalliques comme le platine. Le matériau est ensuite brûlé dans un gaz inerte, argon, à 800°C puis à 500°C sous air.

Le produit final est une fine couche de métal de 90 micromètres (μm), ou 0,09 mm - composé de 70 pour cent de platine et de 30 pour cent de carbone amorphe (cendres) suffisamment flexible pour se plier, plier, et étirer. Cette importante percée de la recherche a été publiée dans la prestigieuse revue scientifique Robotique scientifique le 28 août 2019. D'autres métaux tels que l'or et l'argent peuvent également être utilisés.

Le chef d'équipe, le professeur assistant Chen Po-Yen, a utilisé un gabarit en cellulose découpé en forme de phénix pour ses recherches. "Nous sommes inspirés par la créature mythique. Tout comme le phénix, il peut être réduit en cendres et renaître pour devenir plus puissant qu'avant, " a déclaré le professeur adjoint Chen, du Département de génie chimique et biomoléculaire du NUS.

Colonne vertébrale conductrice pour des robots origami plus intelligents

Le matériel de l'équipe peut fonctionner comme mécaniquement stable, mou, tendre, et des dorsales conductrices qui équipent les robots de capacités de détection de contrainte et de communication sans avoir besoin d'électronique externe. Être conducteur signifie que le matériau agit comme sa propre antenne sans fil, lui permettant de communiquer avec un opérateur distant ou d'autres robots sans avoir besoin de modules de communication externes. Cela élargit la portée des robots origami, tels que travailler dans des environnements à haut risque (par exemple, déversements de produits chimiques et incendies) en tant que robots télécommandés non attachés ou fonctionnant comme des muscles artificiels ou des bras robotiques humanoïdes.

"Nous avons expérimenté différents matériaux électriquement conducteurs pour finalement dériver une combinaison unique qui permet d'obtenir des capacités optimales de détection de contrainte et de communication sans fil. Notre invention élargit donc la bibliothèque de matériaux non conventionnels pour la fabrication de robots avancés, " a déclaré M. Yang Haitao, doctorant au Département de génie chimique et biomoléculaire et premier auteur de l'étude.

Dans les prochaines étapes de leurs recherches, Le professeur adjoint Chen et son équipe envisagent d'ajouter plus de fonctions à l'épine dorsale métallique. Une direction prometteuse consiste à incorporer des matériaux électrochimiquement actifs pour fabriquer des dispositifs de stockage d'énergie tels que le matériau lui-même est sa propre batterie, permettant la création de robots autonomes. L'équipe expérimente également d'autres métaux tels que le cuivre, ce qui réduira le coût de production du matériau.