Les roboticiens qui ont conçu ces robots, appelés Tribots, se sont inspirés des stratégies de locomotion réelles de la fourmi à mâchoire piège.
CNN—
Imaginez un robot.
Avez-vous imaginé une machine géante assemblant des voitures, Data de « Star Trek », C-3PO de « Star Wars » ou « The Terminator » ? La plupart d'entre nous penseraient probablement à quelque chose de massif - ou du moins de taille humaine.
Mais tout un bras de la robotique se concentre sur des robots de la taille d'un bogue (et plus petits).
Ce n'est pas seulement la taille de minuscules insectes qui inspire les roboticiens ; ce sont aussi les nombreuses tâches complexes et prouesses physiques qui composent la vie quotidienne de nombreuses puces, mouches et autres créatures à six pattes.
La question n'est pas seulement de savoir à quel point nous pouvons fabriquer une machine, mais à quel point elle est petite et intelligente. De quoi les humains pourraient-ils être capables si nous pouvions commander une petite armée de machines simples ? Comment pourrions-nous utiliser des robots capables de voler, de survoler l'eau, de sauter au plafond et même de grouiller ?
C'est exactement le genre de questions que les roboticiens comme Zeynep Temel, professeur adjoint de robotique à l'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh, posent – et répondent – dans son laboratoire.
De minuscules robots seraient utiles pourapplications médicales– pour l'administration ciblée de médicaments ou de simples chirurgies sans incisions, selon Temel. Les robots miniatures pourraient également sauver des vies dans des endroits dangereux comme les champs de mines, ou pendant la recherche et le sauvetage : "Si vous avez de petits robots-insectes", a-t-elle déclaré, il est possible d'effectuer "des opérations de sauvetage plus efficaces et plus sûres" après une avalanche ou un tremblement de terre. où il est dangereux pour les humains ou même pour les robots plus gros de marcher.
Les petits robots qui peuvent travailler ensemble, comme le font les fourmis ou les abeilles, seraient également idéaux pour explorer d'autres planètes comme Mars, éloignant à nouveau les humains des situations risquées et inexplorées :
"J'espère que mes recherches serviront à fabriquer des robots modulaires qui peuvent s'auto-assembler, pour être utilisés par des astronautes dans des environnements inconnus pour donner un coup de main", a déclaré Jamie Paik, fondateur et directeur du Reconfigurable Robotics Lab à l'Institut fédéral suisse. de la Technologie.
L'illustration montre l'utilisation conceptuelle par le Reconfigurable Robotics Lab d'un robot origami modulaire et multifonctionnel appelé Mori.
Ce ne sont là que quelques-unes des applications importantes pour lesquelles les robots bio-inspirés pourraient être utilisés, et c'est pourquoi les roboticiens des principaux laboratoires mondiaux de robotique se consacrent à l'exploration de la classe Insecta.
Les fourmis sont une inspiration préférée - elles sont capables de soulever des charges volumineuses et plus lourdes qu'elles ne le sont et de se déplacer rapidement dans les déserts de sable ainsi que dans les bois. Ces insectes travaillent également ensemble pour créer des ponts et surmonter des obstacles.
Les fourmis à mâchoires pièges ont servi de modèle à une équipe qui a développé unrobot de la taille d'une paume alimenté par batteriequi peut "s'adapter à un environnement et peut collaborer", a déclaré Paik, membre de l'équipe.
Dans le monde naturel, les fourmis à mâchoires pièges font toutes les choses des fourmis - et elles peuvent aussi casser leurs mâchoires puissantes à la vitesse incroyable de90 miles par heuresauter loin des prédateurs. Paik et son équipe ont utilisé les mêmes mécanismes pour aider à donner aux robots une variété de mouvements, y compris «saut vertical pour la hauteur, saut horizontal pour la distance, saut périlleux pour franchir les obstacles, marcher sur un terrain texturé et ramper sur des surfaces planes», selon le résumé du papier.
Comme les fourmis sur lesquelles ils sont basés, chaque unité est complètement autonome, mais elles peuvent communiquer et ainsi travailler ensemble via un simple émetteur.
Un autre avantage des petits robots autonomes assez simples ? Ils sont bon marché, comparés à un robot plus gros. "Nous pouvons en jeter plusieurs, et si nous en perdons ou en cassons, ils peuvent toujours exécuter une tâche donnée", a déclaré Paik.
Des adaptations d'insectes pour des solutions de haute technologie
Pourquoi les insectes sont-ils une source d'inspiration si utile pour les roboticiens ? Ils donnent aux scientifiques un point de départ, a déclaré Paik, qui prouve ce qui est possible – comme sauter 100 fois leur hauteur comme une puce, escalader des obstacles verticaux (ou même à l'envers) ou emballer des ailes pleine grandeur sous une petite carapace dure comme une coccinelle. "Ce sont des conceptions optimisées de la nature", a-t-elle déclaré.
Temel a soutenu le point de vue de Paik – même si elle a dit qu'elle avait toujours un peu peur des insectes (ceux vivants), elle en est néanmoins venue à admirer à quel point ils résolvent tant de problèmes difficiles.
"Ils nagent, ils volent vite et savent s'équilibrer pour se percher, ils marchent et sautent à la surface de l'eau, et ils peuvent sauter sur des feuilles qui sont comme de minuscules plates-formes instables", a déclaré Temel.
"Tous ces mouvements et mouvements que nous essayons encore de faire dans la robotique à grande échelle et (les insectes) font tout - et ils emballent le tout dans un si petit espace."
L'un des plus grands défis pour les robots de toutes tailles est de rester debout sur des surfaces complexes. "Les robots sont bons en douceur, mais le terrain naturel est incroyablement accidenté, et c'est donc difficile pour les robots", a déclaré Kathryn Daltorio, professeure adjointe de génie mécanique à la Case Western Reserve University.
Les insectes ont six pattes – ou deux ensembles de trépieds, pensant de manière robotique – qui sont parfaits pour la stabilité. En plus des multiples pieds, ils utilisent également une variété de structures et de matériaux pour se déplacer sur des surfaces verticales, que Daltorio a étudiées et imitées pour la créer très simple mais réussie.Mini Whegs d'escalade, qui n'ont qu'un seul moteur.
Les roboticiens ont conçu ce robot, appelé Mini-Wheg, pour imiter le comportement de marche d'un cafard.
Puissance et matériaux
Une chose que les humains ne peuvent pas reproduire exactement (encore) sont les matériaux uniques cultivés ou excrétés par les insectes. De minuscules griffes, des épines et des coussinets collants permettent aux insectes d'accomplir leurs nombreux exploits.
Daltorio a pu utiliser des matériaux fabriqués par l'homme comme du velcro, du scotch et des épines artisanales sur ses Mini-Whegs, mais d'autres matériaux, comme les exosquelettes durs légers et biodégradables, sont plus difficiles à reproduire. Pour l'instant, les plastiques et la fibre de carbone peuvent servir à fabriquer des extérieurs peu coûteux et faciles à produire, selon Daltorio.
Un technicien s'apprête à tester un nouveau robot dans l'eau à Edgewater Beach à Cleveland.
Mais tous les insectes ne sont pas durs, et les roboticiens créent maintenant des robots mous qui peuvent changer de forme pour permettre le mouvement comme le peuvent les chenilles, au lieu de compter sur les jambes pour chaque type de mouvement. Un alliage à mémoire de forme peut être utilisé qui réagit à la température, de sorte qu'un robot souple peut s'enrouler et rouler mais "se souvenir" d'une forme plus rigide lorsqu'il est chauffé. "Vous pouvez les plier et appliquer une source de chaleur, et ils se replieront - nous les utilisons beaucoup", a déclaré Temel.
L'électricité peut également être utilisée pour modifier les formes de matériaux piézocéramiques spéciaux. "Nous appliquons une tension pour les plier dans un sens ou dans l'autre, ce qui est utile pour les robots inspirés des cafards", dit-elle.
En parlant de puissance, c'est un autre défi pour les petits robots. Les batteries rechargeables et les panneaux solaires sont deux solutions populaires. LeRobBeetleutilise du méthanol pour contracter et étendre ses «muscles» conçus en laboratoire.
Mais comme les défis des matériaux, c'est un autre domaine où les roboticiens travaillent en étroite collaboration avec des collègues spécialisés dans la science des matériaux, la batterie et la technologie solaire pour travailler vers des robots autonomes. Construire un robot est une entreprise collaborative, a déclaré Temel.
Les roboticiens ont encore beaucoup de recherches à faire avant que les robots ne soient aussi intelligents et agiles que les insectes : "Même une petite mouche a des réactions vraiment intelligentes qui sont rapides et capables de répondre à beaucoup d'informations sensorielles", a déclaré Daltorio. "(Les insectes) ont ce répertoire comportemental très riche et adaptatif que nous ne pouvons pas encore faire faire à un robot."