Aux limites de l’innovation

MicroTug : ce mini-robot peut soulever 2 000 fois son poids

Marek Hoffmann Autor, Hemd & Hoodie

Qu’ont une chenille et un gecko en commun ? Réponse : ils ont tous les deux inspiré le développement des MicroTugs, sans doute les robots les plus forts au monde.

C’est du moins le cas si l’on compare leur force à leur « poids corporel ». Le plus petit de ces robots a été assemblé sous un microscope et ne pèse que 12 grammes, pourtant il peut déplacer une charge de plus de 24 kilogrammes (ce qui correspond à un facteur d’environ 2 000 !).

Des rapports similaires existent également dans la nature. Par exemple, le scarabée male (qui mesure au maximum 11 mm de long) peut tirer 1 141 fois son propre poids. Les mini-robots, développés par des ingénieurs en mécanique de l’Université de Stanford en Californie, présentent une autre particularité : ils peuvent même déplacer ces énormes charges sur des surfaces lisses et verticales.

Dans les pas de la nature

Cette fonction requiert l’imitation des mécanismes employés par les deux créatures précédemment mentionnées et des interactions entre ces mécanismes. Pour commencer, les robots disposent de composants spéciaux pour se déplacer.

Déplacement basé sur les doigts « adhésifs » du gecko

Ces composants se basent sur la structure complexe des doigts « adhésifs » pour lesquels le gecko est connu. Ils comportent des centaines de lamelles (ou membranes) composées de millions de poils microscopiques, chacun divisé en brins encore plus fins. Ces terminaisons utilisent les forces de Van der Waals pour interagir directement avec les molécules de la surface sur laquelle grime le gecko.

Le rapport entre ces deux actions agit comme un adhésif qui peut être détaché dans une seule direction, un peu comme un crochet inséré dans une boucle. Aucune force supplémentaire ne doit être appliquée pour rompre la liaison adhésive. Le simple fait de changer de direction assure l’adhérence.

patte de gecko

Les chercheurs ont relevé ce défi dès 2006, en développant un prototype dénommé StickyBot, dont les pieds ont été fabriqués dans un nouvel « adhésif unidirectionnel » composé de poils de polymère microscopiques. Le modèle le plus récent inclut également les extrémités divisées d’environ 20 micromètres de large, qui garantissent une meilleure adhérence.

Les mini-robots imitent le mouvement de la chenille

En revanche, ce mécanisme seul ne permettrait pas aux mini-robots de déplacer des poids d’une telle importance. Pour cela, ils doivent imiter le mouvement de la chenille. Au lieu de ramper, les chenilles placent leurs pattes arrières juste à côté de celles de devant, formant ainsi un pont.

3d

Les mini-robots imitent ce style, mais au lieu d’utiliser deux paires de pattes capables de bouger indépendamment, ils utilisent deux tapis fins en caoutchouc. Ces pieds commencent par augmenter la surface à laquelle les poils de polymère peuvent s’accrocher.

Un tapis reste toujours fermement en place et maintient le poids appliqué quand l’autre tapis avance, ce qui réduit le risque que le robot « glisse » ou perde son adhérence.

Assistants résistants en cas d’urgence

Les chercheurs ont en particulier identifié un champ d’application pour ces puissants appareils : les environnements industriels dans lesquels des charges lourdes doivent être avancées et reculées.

Retirer des obstacles ou transporter des outils d’insertion

Ces mini-robots peuvent également réaliser des « travaux sur le terrain », par exemple en cas de catastrophe naturelle et d’accident nécessitant le retrait d’obstacles ou le transport d’outils d’insertion. Pendant un incendie, une échelle pourrait ainsi être placée sur la façade de la maison pour atteindre l’étage et aider les habitants à s’échapper.

équipe

Accessoirement, le plus fort robot au monde, basé sur la force de levage pure, est appelé « Godzilla ». Ce robot utilisé dans l’industrie automobile pèse plus de 8,5 tonnes et peut soulever une charge de 1 350 kilogrammes.

Image 1 : Wikipedia — Douglasy (CC BY-SA 3.0)
Images 2 et 3 : Biomimetics & Dexterous Manipulation Lab, Stanford University 

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