Des chercheurs créent de l'électronique

Université de Californie à San Diego

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Imaginez si les imprimantes 3D pouvaient produire des robots capables de fonctionner directement à partir du bloc. Ce concept a été rendu possible par une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à San Diego et de la société BASF. Leurs efforts ont abouti à une pince robotisée qui peut être imprimée en un tour de main et ne nécessite aucune électronique pour fonctionner.

Selon l'équipe, la pince souple peut être utilisée juste après avoir été retirée de l'imprimante 3D et est équipée de capteurs de gravité et tactiles intégrés, qui lui permettent de ramasser, de maintenir et de libérer des objets. « C'est la première fois qu'une telle pince peut à la fois saisir et libérer. Il suffit de tourner la pince horizontalement. Cela déclenche une modification du débit d'air dans les valves, provoquant le relâchement des deux doigts de la pince", indique un communiqué de l'université.

Les détails de leurs recherches sont publiés dans la revue Science Robotics.

La plupart des robots mous imprimés en 3D sont rigides ; ils ont beaucoup de fuites à la sortie de l'imprimante ; et ils nécessitent beaucoup de traitement et d'assemblage après l'impression pour être utilisables. Les chercheurs ont pu contourner ces problèmes en concevant une nouvelle méthode d’impression 3D, qui implique que la buse de l’imprimante trace un chemin continu à travers l’ensemble du motif de chaque couche imprimée. "C'est comme dessiner une image sans jamais retirer le crayon de la page", a déclaré Michael T. Tolley, auteur principal de l'article et professeur agrégé à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego, dans le communiqué.

Cette procédure réduit le risque de fuites et de défauts dans l'objet imprimé, qui sont fréquents lors de l'impression avec des matériaux souples. La nouvelle approche permet également d’imprimer des parois minces allant jusqu’à 0,5 millimètre. Des parois plus fines et des géométries courbes complexes permettent une plus grande déformation, ce qui donne une structure globale plus douce. "Les chercheurs ont basé la méthode sur le chemin eulérien, qui, dans la théorie des graphes, est un chemin dans un graphique qui touche chaque bord de ce graphique une et une seule fois."

Grâce à leur nouvelle méthode, l’équipe a pu imprimer de manière cohérente des robots logiciels pneumatiques fonctionnels avec des circuits de commande intégrés.

La robotique douce a la possibilité de permettre aux robots d’interagir en toute sécurité avec les humains et les objets fragiles. Selon l'équipe, cette pince pourrait être installée sur un bras robotique pour la fabrication industrielle, la transformation des aliments et la manipulation des fruits et légumes. Il peut également être attaché à un robot et utilisé à des fins d’étude et d’exploration. Il peut également fonctionner sans connexion, en utilisant simplement une bouteille de gaz à haute pression comme alimentation électrique.

Selon l'équipe, l'ensemble du processus de fabrication de la pince n'a nécessité aucun post-traitement, post-assemblage ou rectification des défauts de fabrication, ce qui rend cette technique très reproductible et accessible. "L'approche que nous proposons représente une étape vers des systèmes robotiques complexes et personnalisés et des composants créés dans des installations de fabrication distribuées."

Résumé de l'étude

La plupart des robots logiciels sont actionnés pneumatiquement et fabriqués par des processus de moulage et d'assemblage qui nécessitent généralement de nombreuses opérations manuelles et limitent la complexité. De plus, des composants de contrôle complexes (par exemple, des pompes électroniques et des microcontrôleurs) doivent être ajoutés pour réaliser même des fonctions simples. L'impression tridimensionnelle de fabrication de filaments fondus (FFF) de bureau offre une alternative accessible avec moins de travail manuel et la capacité de générer des structures plus complexes. Cependant, en raison des limitations des matériaux et des processus, les robots souples imprimés FFF ont souvent une rigidité effective élevée et contiennent un grand nombre de fuites, limitant leurs applications. Nous présentons une approche pour la conception et la fabrication de dispositifs robotiques pneumatiques souples et hermétiques utilisant FFF pour imprimer simultanément des actionneurs avec des composants de contrôle fluidique intégrés. Nous avons démontré cette approche en imprimant des actionneurs d'un ordre de grandeur plus doux que ceux précédemment fabriqués à l'aide de FFF et capables de se plier pour former un cercle complet. De même, nous avons imprimé des vannes pneumatiques qui contrôlent un flux d'air à haute pression avec une faible pression de contrôle. En combinant les actionneurs et les vannes, nous avons démontré une pince autonome sans électronique, imprimée de manière monolithique. Lorsqu'elle est connectée à une alimentation constante en pression d'air, la pince détecte et saisit de manière autonome un objet et libère l'objet lorsqu'elle détecte une force due au poids de l'objet agissant perpendiculairement à la pince. L'ensemble du processus de fabrication de la pince n'a nécessité aucun post-traitement, post-assemblage ou réparation de défauts de fabrication, ce qui rend cette approche hautement reproductible et accessible. L’approche proposée représente une étape vers des systèmes et composants robotiques complexes et personnalisés créés dans des installations de fabrication distribuées.