Robot flexible et robuste, conçu pour « pousser » comme une plante.
Dans les usines et les entrepôts d’aujourd’hui, il n’est pas rare de voir des robots faire la navette d’une station à l’autre avec des objets ou des outils. Pour la plupart, les robots naviguent assez facilement à travers des modèles ouverts. Mais ils ont beaucoup plus de mal à s’enrouler dans des espaces étroits pour effectuer des tâches telles que tendre la main vers un produit à l’arrière d’une étagère encombrée, ou serpenter autour des pièces du moteur d’une voiture pour dévisser un bouchon d’huile.
Aujourd’hui, les ingénieurs du MIT ont mis au point un robot conçu pour étendre un appendice en forme de chaîne suffisamment flexible pour pouvoir tourner et tourner dans n’importe quelle configuration nécessaire, mais suffisamment rigide pour supporter de lourdes charges ou appliquer un couple pour assembler des pièces dans des espaces réduits. Lorsque la tâche est terminée, le robot peut rétracter l’appendice et le rallonger de nouveau, à une longueur et une forme différentes, pour l’adapter à la tâche suivante.
La conception de l’appendice s’inspire de la façon dont les plantes poussent, ce qui implique le transport des nutriments, sous une forme fluidisée, jusqu’à l’extrémité de la plante. Là, ils sont transformés en matériau solide pour produire, petit à petit, une tige de soutien.
De même, le robot se compose d’un « point de croissance », ou boîte de vitesses, qui tire une chaîne lâche de blocs de verrouillage dans la boîte. Les engrenages dans la boîte verrouillent ensuite les unités de chaîne ensemble et alimentent la chaîne vers l’extérieur, unité par unité, comme un appendice rigide.
Les chercheurs ont présenté le « robot en croissance » inspiré de la plante cette semaine à la conférence internationale de l’IEEE sur les robots et systèmes intelligents (IROS) à Macao. Ils imaginent que des pinces, des caméras et d’autres capteurs pourraient être montés sur la boîte de vitesses du robot, ce qui lui permettrait de serrer une vis desserrée dans le système de propulsion d’un avion ou d’atteindre une tablette et de saisir un produit sans perturber l’organisation des stocks environnants, entre autres tâches.
« Pensez à changer l’huile de votre voiture « , dit Harry Asada, professeur de génie mécanique au MIT. « Après avoir ouvert le toit du moteur, il faut être assez flexible pour faire des virages serrés, à gauche et à droite, pour atteindre le filtre à huile, puis il faut être assez fort pour tourner le bouchon du filtre à huile pour l’enlever.
« Maintenant, nous avons un robot qui peut potentiellement accomplir de telles tâches « , dit Tongxi Yan, un ancien étudiant diplômé du laboratoire d’Asada, qui a dirigé les travaux. « Il peut grandir, se rétracter, et grandir à nouveau sous une forme différente, pour s’adapter à son environnement. »
L’équipe comprend également Emily Kamienski, étudiante diplômée du MIT, et Seiichi Teshigawara, chercheur invité, qui ont présenté les résultats à la conférence.
Le dernier pied
La conception du nouveau robot est une ramification du travail d’Asada sur le » dernier problème d’un pied » – un terme technique qui fait référence à la dernière étape, ou pied, de la tâche ou de la mission exploratoire d’un robot. Alors qu’un robot peut passer la majeure partie de son temps à parcourir des espaces ouverts, le dernier pied de sa mission peut nécessiter une navigation plus agile dans des espaces plus étroits et plus complexes pour accomplir une tâche.
Les ingénieurs ont mis au point divers concepts et prototypes pour résoudre le dernier problème d’un pied, y compris des robots faits de matériaux mous, semblables à des ballons, qui poussent comme des vignes pour se faufiler dans des crevasses étroites. Mais M. Asada affirme que de tels robots souples extensibles ne sont pas assez robustes pour supporter des « effecteurs finaux » ou des modules complémentaires tels que des pinces, des caméras et d’autres capteurs qui seraient nécessaires à l’exécution d’une tâche, une fois que le robot a terminé son chemin vers sa destination.
« Notre solution n’est pas vraiment douce, mais une utilisation intelligente de matériaux rigides « , explique Asada, qui est professeur d’ingénierie à la Ford Foundation.
Maillons de chaîne
Une fois que l’équipe a défini les éléments fonctionnels généraux de la croissance des plantes, elle a cherché à imiter cela dans un sens général, dans un robot extensible.
« La réalisation du robot est totalement différente d’une installation réelle, mais elle présente le même type de fonctionnalité, à un certain niveau abstrait « , explique Asada.
Les chercheurs ont conçu une boîte d’engrenages pour représenter la » pointe de croissance » du robot, semblable au bourgeon d’une plante, où, à mesure que les nutriments s’écoulent vers le site, la pointe se nourrit de la tige plus rigide. À l’intérieur de la boîte, ils sont équipés d’un système d’engrenages et de moteurs qui fonctionnent pour tirer un matériau fluidisé – dans ce cas-ci, une séquence flexible d’unités en plastique imprimé en 3-D qui s’emboîtent les unes dans les autres, comme une chaîne de vélo.
Lorsque la chaîne est introduite dans la boîte, elle tourne autour d’un treuil qui l’alimente au moyen d’un deuxième ensemble de moteurs programmés pour verrouiller certaines unités de la chaîne aux unités voisines, créant un appendice rigide lorsqu’elle est sortie de la boîte.
Les chercheurs peuvent programmer le robot pour verrouiller certaines unités ensemble tout en en laissant d’autres déverrouillées, pour former des formes spécifiques, ou pour « grandir » dans certaines directions. Dans le cadre d’expériences, ils ont pu programmer le robot pour qu’il puisse contourner un obstacle lorsqu’il s’étendait ou s’éloignait de sa base.
« Il peut être verrouillé à différents endroits pour être courbé de différentes manières, et avoir une large gamme de mouvements, » dit Yan.
Lorsque la chaîne est verrouillée et rigide, elle est assez solide pour supporter un poids lourd d’une livre. Si une pince de préhension était fixée à l’extrémité de croissance du robot ou à la boîte de vitesses, les chercheurs disent que le robot pourrait potentiellement se développer assez longtemps pour serpenter dans un espace étroit, puis appliquer un couple suffisant pour desserrer un boulon ou dévisser un bouchon.
L’entretien automobile est un bon exemple des tâches que le robot pourrait accomplir, selon M. Kamienski. « L’espace sous le capot est relativement ouvert, mais c’est la dernière partie où il faut naviguer autour d’un bloc moteur ou quelque chose pour arriver au filtre à huile, qu’un bras fixe ne pourrait contourner. Ce robot pourrait faire quelque chose comme ça. »
Cette recherche a été financée, en partie, par NSK Ltd.
