Des éclairs robotiques prennent leur envol

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Les lucioles qui éclairent les cours sombres lors des chaudes soirées d’été utilisent leur luminescence pour communiquer : pour attirer un partenaire, éloigner les prédateurs ou attirer des proies.

Ces insectes scintillants ont également inspiré les scientifiques du MIT. En s'inspirant de la nature, ils ont construit des muscles artificiels mous électroluminescents pour des robots volants à l'échelle d'insectes. Les minuscules muscles artificiels qui contrôlent les ailes des robots émettent une lumière colorée pendant le vol.

Cette électroluminescence pourrait permettre aux robots de communiquer entre eux. S'il est envoyé en mission de recherche et de sauvetage dans un bâtiment effondré, par exemple, un robot qui trouve des survivants pourrait utiliser des lumières pour signaler aux autres et appeler à l'aide.

La capacité d’émettre de la lumière rapproche également ces robots microscopiques, qui pèsent à peine plus qu’un trombone, du vol autonome en dehors du laboratoire. Ces robots sont si légers qu'ils ne peuvent pas transporter de capteurs. Les chercheurs doivent donc les suivre à l'aide de caméras infrarouges encombrantes qui ne fonctionnent pas bien en extérieur. Aujourd'hui, ils ont montré qu'ils pouvaient suivre les robots avec précision en utilisant la lumière qu'ils émettent et seulement trois caméras de smartphone.

« Si vous pensez aux robots à grande échelle, ils peuvent communiquer à l’aide de nombreux outils différents : Bluetooth, sans fil, toutes sortes de choses. Mais pour un petit robot à puissance limitée, nous sommes obligés de réfléchir à de nouveaux modes de communication. Il s'agit d'une étape majeure vers le pilotage de ces robots dans des environnements extérieurs où nous ne disposons pas d'un système de suivi de mouvement de pointe et bien réglé », déclare Kevin Chen, assistant de D. Reid Weedon, Jr. Professeur au Département de génie électrique et d'informatique (EECS), chef du laboratoire de robotique douce et micro du Laboratoire de recherche en électronique (RLE) et auteur principal de l'article.

Lui et ses collaborateurs y sont parvenus en intégrant de minuscules particules électroluminescentes dans les muscles artificiels. Le processus ajoute seulement 2,5 % de poids en plus sans affecter les performances de vol du robot.

Suhan Kim, l'auteur principal, et Yi-Hsuan Hsiao, étudiants diplômés de l'EECS, se joignent à Chen sur l'article ; Yu Fan Chen SM '14, PhD '17; et Jie Mao, professeur agrégé à l'Université de Ningxia. La recherche a été publiée ce mois-ci dans IEEE Robotics and Automation Letters.

Un actionneur lumineux

Ces chercheurs ont déjà démontré une nouvelle technique de fabrication pour construire des actionneurs souples, ou muscles artificiels, qui battent les ailes du robot. Ces actionneurs durables sont fabriqués en alternant des couches ultrafines d'électrodes d'élastomère et de nanotubes de carbone dans une pile, puis en les enroulant dans un cylindre spongieux. Lorsqu'une tension est appliquée à ce cylindre, les électrodes compriment l'élastomère et la contrainte mécanique fait battre l'aile.

Pour fabriquer un actionneur lumineux, l’équipe a incorporé des particules de sulfate de zinc électroluminescentes dans l’élastomère, mais a dû surmonter plusieurs défis en cours de route.

Premièrement, les chercheurs ont dû créer une électrode qui ne bloquerait pas la lumière. Ils l’ont construit à l’aide de nanotubes de carbone hautement transparents, qui ne mesurent que quelques nanomètres d’épaisseur et laissent passer la lumière.

Cependant, les particules de zinc ne s’allument qu’en présence d’un champ électrique très puissant et à haute fréquence. Ce champ électrique excite les électrons des particules de zinc, qui émettent alors des particules de lumière subatomiques appelées photons. Les chercheurs utilisent la haute tension pour créer un champ électrique puissant dans l’actionneur souple, puis pilotent le robot à haute fréquence, ce qui permet aux particules de s’éclairer vivement.