Une équipe interdisciplinaire de scientifiques et d'ingénieurs de l'Université du Minnesota Twin Cities a mis au point un procédé d'extrusion inspiré des plantes, le premier du genre, qui permet la croissance de matériaux synthétiques. La nouvelle approche permettra aux chercheurs de construire de meilleurs robots souples capables de naviguer dans des endroits difficiles d'accès, des terrains compliqués et potentiellement des zones du corps humain.

L'article est publié dans les Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS), une revue scientifique à comité de lecture, multidisciplinaire et à fort impact.

"C'est la première fois que ces concepts sont fondamentalement démontrés", a déclaré Chris Ellison, auteur principal de l'article et professeur au département de génie chimique et de science des matériaux de l'Université du Minnesota Twin Cities. "Le développement de nouvelles méthodes de fabrication est primordial pour la compétitivité de notre pays et pour apporter de nouveaux produits aux gens. Du côté robotique, les robots sont de plus en plus utilisés dans des environnements dangereux et éloignés, et ce sont les types de domaines où cela fonctionne. pourrait avoir un impact."

La robotique douce est un domaine émergent où les robots sont faits de matériaux souples et pliables par opposition à des matériaux rigides. Les robots à croissance molle peuvent créer de nouveaux matériaux et « grandir » au fur et à mesure qu'ils se déplacent. Ces machines pourraient être utilisées pour des opérations dans des zones reculées où les humains ne peuvent pas aller, comme l'inspection ou l'installation de tubes souterrains ou la navigation à l'intérieur du corps humain pour des applications biomédicales.

Les robots à croissance douce actuels traînent une traînée de matériau solide derrière eux et peuvent utiliser la chaleur et/ou la pression pour transformer ce matériau en une structure plus permanente, un peu comme la façon dont une imprimante 3D est alimentée en filament solide pour produire son produit en forme. Cependant, la traînée de matériau solide devient plus difficile à tirer dans les virages et les virages, ce qui rend difficile pour les robots de naviguer sur un terrain avec des obstacles ou des chemins sinueux.

L'équipe de l'Université du Minnesota a résolu ce problème en développant un nouveau moyen d'extrusion, un processus où le matériau est poussé à travers une ouverture pour créer une forme spécifique. L'utilisation de ce nouveau processus permet au robot de créer sa matière synthétique à partir d'un liquide au lieu d'un solide.

"Nous avons été vraiment inspirés par la croissance des plantes et des champignons", a déclaré Matthew Hausladen, premier auteur de l'article et titulaire d'un doctorat. étudiant au département de génie chimique et de science des matériaux de l'Université du Minnesota Twin Cities. "Nous avons pris l'idée que les plantes et les champignons ajoutent de la matière à l'extrémité de leur corps, soit à l'extrémité de leurs racines, soit au niveau de leurs nouvelles pousses, et nous avons traduit cela en un système d'ingénierie."

Les plantes utilisent l'eau pour transporter les blocs de construction qui se transforment en racines solides à mesure que la plante pousse vers l'extérieur. Les chercheurs ont pu imiter ce processus avec un matériau synthétique en utilisant une technique appelée photopolymérisation, qui utilise la lumière pour transformer des monomères liquides en un matériau solide. Grâce à cette technologie, le robot souple peut naviguer plus facilement dans les obstacles et les chemins sinueux sans avoir à traîner de matériau solide derrière lui.

Ce nouveau procédé a également des applications dans la fabrication. Étant donné que la technique des chercheurs n'utilise que du liquide et de la lumière, les opérations qui utilisent la chaleur, la pression et des machines coûteuses pour créer et façonner des matériaux pourraient ne pas être nécessaires.

"Une partie très importante de ce projet est que nous avons tous des scientifiques des matériaux, des ingénieurs chimistes et des ingénieurs robotiques impliqués", a déclaré Ellison. "En rassemblant toutes nos différentes expertises, nous avons vraiment apporté quelque chose d'unique à ce projet, et je suis convaincu qu'aucun d'entre nous n'aurait pu le faire seul. C'est un excellent exemple de la façon dont la collaboration permet aux scientifiques d'aborder des questions fondamentales très difficiles. problèmes tout en ayant un impact technologique."

Outre Ellison et Hausladen, l'équipe de recherche comprenait des chercheurs du Département de génie chimique et des sciences des matériaux de l'Université du Minnesota, Boran Zhao (chercheur postdoctoral) et Lorraine Francis (professeur émérite du Collège des sciences et de l'ingénierie); et les chercheurs du Département de génie mécanique de l'Université du Minnesota, Tim Kowalewski (professeur associé) et Matthew Kubala (étudiant diplômé). + Explorer plus loin

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