Le règne animal a influencé plusieurs conceptions de robots au fil des ans pour résoudre des défis fondamentaux en matière de propulsion et de mouvement – de chevaux à insectes. Aujourd’hui, les grenouilles sont les dernières créatures à inspirer les roboticiens.
Comme le montre une nouvelle étude publiée le 18 septembre dans la revue Avancées scientifiquesles chercheurs ont étudié comment la torsion de tiges élastiques courbées pouvait produire un « mouvement brusque » permettant à un petit robot de sauter ou de nager. Ce mécanisme pourrait être utilisé pour améliorer les robots ayant une puissance limitée et ceux qui doivent traverser des terrains accidentés et même de l’eau, ont indiqué les scientifiques dans l’étude.
Ils ont également construit un prototype pour démontrer le travail. Le robot de la taille d’une paume ne pèse que 3,4 onces, soit à peu près autant qu’un jeu de cartes à jouer. Il se déplace d’environ trois longueurs de corps par seconde, se lançant vers l’avant avec de courts sauts.
« L’opportunité la plus large est de laisser la mécanique du robot effectuer une partie du travail qui nécessiterait autrement des moteurs plus gros ou un contrôle plus compliqué », Xiaonan (Sean) Huangprofesseur adjoint de robotique à l’Université du Michigan et co-premier auteur de l’étude, a déclaré dans un communiqué. déclaration.
« En programmant le moment où une structure élastique stocke et libère rapidement de l’énergie, nous pouvons donner aux petits robots l’accès à des mouvements puissants et répétables sans exiger continuellement une puissance élevée du moteur », a expliqué Huang. « À l’avenir, ce principe pourrait être utile pour les robots qui doivent naviguer sur des terrains encombrés, surmonter des obstacles, se réorienter rapidement ou opérer à la fois sur terre et sur l’eau. »
Mouvements instantanés
Lorsqu’une tige flexible se plie et que ses extrémités tournent, elle peut éventuellement atteindre un point où elle change de forme pour relâcher la tension accumulée, ont expliqué les roboticiens. Cependant, ce changement ne se produit pas toujours de la même manière. Certaines combinaisons de flexion et de torsion font que la tige change progressivement de forme, tandis que d’autres combinaisons la forcent à passer rapidement d’une forme à une autre, avec le potentiel de fournir une forte poussée.
L’équipe a utilisé la modélisation informatique et l’expérimentation avec un bras robotique pour déformer les tiges à plusieurs reprises et trouver une forme optimale. Dans ce cas, ils ont opté pour une hélice semblable à un ressort hélicoïdal pour donner à la tige sa libération maximale d’énergie, a rapporté l’équipe.
Avec le mécanisme de propulsion idéal, l’équipe a ensuite conçu et construit de véritables robots qui utilisaient les tiges claquantes pour sauter. Ils ont connecté ces tiges à un moteur rotatif, les tiges courbées étant tordues jusqu’à ce qu’elles produisent le mouvement de claquement. Ensuite, le moteur a déroulé la torsion et a de nouveau tordu la tige.
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« Étant donné que les règles de conception dépendent de la forme de la tige et de la manière dont ses extrémités sont déplacées, elles fonctionnent à différentes tailles et échelles. » Khalid Jawedprofesseur agrégé à l’école d’ingénierie de l’UCLA et co-premier auteur de l’étude, a déclaré dans le communiqué. « Cela ouvre une voie prometteuse vers des robots miniaturisés de seulement quelques millimètres qui transforment de petits mouvements moteurs en de puissantes impulsions de mouvement », a déclaré Jawed, dont le laboratoire a travaillé sur la simulation et les expériences sur les bras robotisés.
La forme finale du prototype était un robot ressemblant à une grenouille avec une paire de tiges à l’arrière de son corps principal. Les tests comprenaient des sauts sur une large gamme de surfaces, y compris des matériaux solides comme le bois et le verre, ainsi que des surfaces plus délicates, molles et glissantes, utilisant des matériaux comme le cuir. Les scientifiques ont également testé le robot en extérieur, sur du sable et de l’herbe, notant qu’il pouvait même monter et descendre des marches et, grâce à des pagaies, nager.
En utilisant une seule des tiges à pression, l’équipe a permis au robot de tourner et, avec une télécommande, de parcourir un petit parcours d’obstacles.
