Dans un journal en Robotique scientifique , Les scientifiques des matériaux de la UCLA Samueli School of Engineering décrivent un nouveau design pour un robot nageur qui est à la fois alimenté et dirigé par une lumière constante.

Le dispositif, appelé OsciBot car il se déplace en faisant osciller sa queue, pourrait éventuellement conduire à des conceptions de robots océaniques et de navires autonomes. Son design s'inspire d'un phénomène naturel appelé phototaxie, c'est-à-dire le mouvement vers ou à partir d'une source lumineuse, que l'on retrouve dans tout le règne animal. Les méduses et les papillons de nuit, par exemple, sont attirés par la lumière.

OsciBot démontre que le déplacement par oscillation peut être directement alimenté en lumière constante, plutôt que de compter sur l'énergie lumineuse qui a été récoltée et stockée dans une batterie. Il est entièrement composé d'un matériau souple appelé hydrogel qui gonfle lorsqu'il est placé dans l'eau et réagit à la lumière. L'appareil ne nécessite pas de piles ou doit être connecté à une autre source d'alimentation.

Le premier objectif des chercheurs était de déterminer s'ils pouvaient créer une nouvelle façon d'utiliser une source d'énergie constante pour faire bouger un objet selon un modèle d'oscillation.

Pour faire ça, ils ont construit un cylindre flexible de 2 centimètres de long et l'ont ancré au fond d'un réservoir d'eau. Quand ils ont dirigé un faisceau de lumière sur le cylindre, ils ont découvert que la lumière la faisait plier aussi vite que 66 fois par minute et qu'en déplaçant la position de la source lumineuse, ils pourraient diriger l'appareil pour qu'il se plie à la fois à gauche et à droite et de haut en bas.

Les chercheurs ont également déterminé que la vitesse à laquelle l'appareil oscille peut être ajustée en fonction de la longueur et de l'épaisseur du cylindre ainsi que de la quantité de lumière utilisée.

Armé d'une compréhension de la façon de créer le mouvement oscillant, l'équipe a utilisé le même hydrogel pour construire un robot en forme de planche de surf rectangulaire, avec une queue sous-marine étendue.

Lorsque la lumière d'un laser frappe un point sur la queue, ce point se réchauffe. La légère augmentation de la température fait que cette partie du robot éjecte une partie de son eau et rétrécit en volume, qui déplace la queue vers la source lumineuse. Après qu'il remonte, la queue crée une ombre qui refroidit la section où le laser est à l'origine entré en contact avec le robot, ce qui fait redescendre la queue.

Tant que la lumière atteint le point cible, le processus se répète, créant un mouvement de battement. Les chercheurs ont observé la queue battre 35 fois par minute, assez rapide pour déplacer le robot 1,15 fois la longueur de son corps par minute, soit environ deux fois plus vite que des robots comparables alimentés par une lumière intermittente.

"Typiquement, la génération d'oscillation repose sur un apport d'énergie intermittent, comme la lumière pulsée ou le courant électrique alternatif, " dit Ximin He, professeur assistant en science et ingénierie des matériaux à l'UCLA, et le chercheur principal de l'étude. "Par contre, cette étude montre une nouvelle façon de générer des oscillations, en utilisant un apport d'énergie constant, facilement accessible depuis l'environnement ambiant et peu coûteux à exploiter."

Les chercheurs ont également découvert qu'en repositionnant la lumière, ils pourraient diriger le robot dans de légers virages, montrant que la lumière peut également être utilisée pour manœuvrer l'appareil.

"C'est vraiment une démonstration fondamentale que la lumière directe et constante peut alimenter et déterminer le mouvement, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Yusen Zhao, un doctorant de l'UCLA en science et ingénierie des matériaux. "Cela pourrait être un pas vers une variété de conceptions robotiques qui ne sont pas attachées et alimentées uniquement par la lumière disponible dans leur environnement, plutôt que de compter sur des batteries lourdes ou des câbles d'alimentation."

S'il est construit à plus grande échelle, une conception similaire pourrait éventuellement être utilisée pour de grandes hélices sous-marines ou des voiles à vent qui utilisent la lumière du soleil pour manœuvrer ; à des tailles microscopiques, l'approche pourrait être utilisée pour développer un robot qui effectue des interventions chirurgicales de précision. (Dans ce cas, la lumière pourrait provenir d'un instrument médical séparé.) Les ingénieurs pourraient également modifier la conception pour la vitesse et la maniabilité.

"La beauté du photo-oscillateur à base de gel est sa simplicité de conception, " Il a dit. " L'interaction entre le matériau souple 'intelligent' et la lumière environnementale a permis son mouvement auto-régulé. "

Il a dit que la conception pourrait s'adapter pour utiliser d'autres formes d'énergie - ondes acoustiques, ou des signaux électroniques ou magnétiques, par exemple.