Un module déformable universel inspiré de l'origami pour les applications robotiques.

12 août 2023

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par Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Les robots modulaires, des systèmes robotiques capables d'adapter leur configuration corporelle pour changer de style de locomotion ou se déplacer sur différents terrains, peuvent être très avantageux pour mener des missions dans des environnements divers. Au cours de la dernière décennie environ, les ingénieurs ont développé une large gamme de robots modulaires reposant sur différentes conceptions et mécanismes sous-jacents.

Une équipe de recherche de l'Université de Westlake et de l'Université de Zhejiang en Chine a récemment présenté une nouvelle conception de robot modulaire inspirée de l'art de l'origami, plus précisément du pli origami connu sous le nom de motif Kresling. Leur conception, présentée dans une étude publiée dans la revue Nature Communications, repose sur des modules déformables universellement introduits qui peuvent être réarrangés pour créer différentes formes et configurations.

« Il y a eu des efforts pour utiliser le motif Kresling afin de développer des bras robotiques multimodes », a déclaré Hanquing Jiang, l'un des chercheurs ayant réalisé l'étude, à Tech Xplore.« Cependant, les méthodes existantes reposent uniquement sur le motif Kresling lui-même ; ainsi, les modes de déformation sont limités par le couplage de torsion et de contraction.Le principal objectif est de modifier le motif Kresling classique et de générer de nouveaux modes de déformation. »

Dans le contexte de l'origami, le motif Kresling consiste en des plis alternativement en montagne (c'est-à-dire saillants) et en vallée (c'est-à-dire enfoncés) inclinés dans des directions de torsion opposées. Ce motif peut être utilisé pour créer des formes complexes qui ressemblent à des motifs observés dans la nature, tels que ceux que l'on trouve sur les ailes du sphinx tête de mort ou les géométries spiralées des pommes de pin.

Dans le cadre de leur étude, Jiang et ses collègues ont essayé d'utiliser ce motif d'origami particulier pour créer une unité déformable modulaire qui pourrait être adaptée pour créer différentes formes. Le module qu'ils ont créé est actionné par des pneumatiques, des systèmes qui reposent sur des gaz ou de l'air comprimé pour produire différents mouvements.

« L'unité est composée d'un motif Kresling à deux niveaux avec des directions de torsion opposées à chaque niveau », a expliqué Jiang.« Plus important encore, à chaque niveau, il y a deux poches latérales sur les côtés opposés.Ainsi, selon la façon dont les poches latérales sont pressurisées, lorsque la chambre principale est aspirée, nous pouvons obtenir différents modes de déformation. »

Le nouveau module introduit par les chercheurs peut changer de forme en fonction de la pression qui lui est appliquée, produisant toutes sortes de formes répondant aux besoins de scénarios d'application spécifiques. Au total, il peut produire sept modes de mouvement différents chez les robots dotés d'un seul module origami, comprenant trois mouvements de base et quatre recombinations de ces mouvements de base.

« Notre unité à deux niveaux est un module de déformation universel qui peut atteindre tous les modes de déformation possibles en fonction des schémas de pressurisation spécifiques utilisés », a déclaré Jiang.« Le module est comme nos bras, qui peuvent effectuer tous les modes de déformation (contraction/extension, torsion, flexion), selon la façon dont les nerfs contrôlent les muscles. Les schémas de pressurisation de l'unité sont comme nos nerfs et le module universel joue le rôle de notre bras. Ce bras robotique basé sur l'origami fonctionnerait comme un bras robotique rigide doté de six degrés de liberté. »

Les chercheurs ont évalué leur module déformable inspiré de l'origami lors d'une série de simulations et d'expériences réelles. Les résultats qu'ils ont obtenus sont très prometteurs, mettant en évidence son potentiel pour développer des robots modulaires capables de s'adapter à leur environnement et de se déplacer de différentes manières.

De manière remarquable, le module peut également être réassemblé pendant le fonctionnement d'un robot, ce qui le rend idéal pour des missions réelles complexes nécessitant des adaptations rapides aux changements environnementaux. À l'avenir, ce travail pourrait ainsi ouvrir la voie à des robots souples plus sophistiqués qui sont plus réactifs à leur environnement.

« Dans mes prochains travaux, j'ai l'intention d'utiliser cette structure pour des applications plus pratiques, telles que la saisie d'objets de taille respectable », a ajouté Jiang.

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