Bogue résilient

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Les bourdons volent maladroitement. On estime qu’une abeille butineuse heurte une fleur environ une fois par seconde, ce qui endommage ses ailes au fil du temps. Pourtant, malgré de nombreuses petites déchirures ou trous dans leurs ailes, les bourdons peuvent toujours voler.

Les robots aériens, en revanche, ne sont pas aussi résistants. Percez des trous dans les moteurs des ailes du robot ou coupez une partie de son hélice, et il y a de fortes chances qu'il soit cloué au sol.

Inspirés par la robustesse des bourdons, les chercheurs du MIT ont développé des techniques de réparation qui permettent à un robot aérien de la taille d'un insecte de subir de graves dommages aux actionneurs, ou muscles artificiels, qui actionnent ses ailes, tout en continuant à voler efficacement.

Ils ont optimisé ces muscles artificiels afin que le robot puisse mieux isoler les défauts et surmonter les dommages mineurs, comme les minuscules trous dans l'actionneur. En outre, ils ont démontré une nouvelle méthode de réparation au laser qui peut aider le robot à se remettre de dommages graves, comme un incendie qui brûle l'appareil.

Grâce à leurs techniques, un robot endommagé pouvait maintenir ses performances de vol après que l'un de ses muscles artificiels ait été piqué par 10 aiguilles, et l'actionneur était toujours capable de fonctionner après qu'un grand trou y ait été brûlé. Leurs méthodes de réparation ont permis à un robot de continuer à voler même après que les chercheurs aient coupé 20 % du bout de son aile.

Cela pourrait permettre à des essaims de minuscules robots d’être plus à même d’effectuer des tâches dans des environnements difficiles, comme mener une mission de recherche dans un bâtiment en effondrement ou dans une forêt dense.

"Nous avons passé beaucoup de temps à comprendre la dynamique des muscles mous et artificiels et, grâce à une nouvelle méthode de fabrication et à une nouvelle compréhension, nous pouvons montrer un niveau de résilience aux dommages comparable à celui des insectes", explique Kevin Chen, D. Reid Weedon, Jr., professeur adjoint 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 sur ces dernières avances. « Nous sommes très excités à ce sujet. Mais les insectes nous sont toujours supérieurs, dans le sens où ils peuvent perdre jusqu'à 40 % de leurs ailes et continuer à voler. Nous avons encore du travail de rattrapage à faire. »

Chen a écrit l'article avec les co-auteurs principaux Suhan Kim et Yi-Hsuan Hsiao, étudiants diplômés de l'EECS ; Younghoon Lee, postdoctorant ; Weikun « Spencer » Zhu, étudiant diplômé au Département de génie chimique ; Zhijian Ren, étudiant diplômé de l'EECS ; et Farnaz Niroui, professeur adjoint de développement de carrière EE Landsman à l'EECS au MIT et membre du RLE. L'article paraît aujourd'hui dans Science Robotics.

Techniques de réparation de robots

Les minuscules robots rectangulaires développés dans le laboratoire de Chen ont à peu près la même taille et la même forme qu'une microcassette, bien qu'un robot pèse à peine plus qu'un trombone. Les ailes de chaque coin sont alimentées par des actionneurs en élastomère diélectrique (DEA), qui sont des muscles artificiels mous qui utilisent des forces mécaniques pour battre rapidement les ailes. Ces muscles artificiels sont constitués de couches d'élastomère prises en sandwich entre deux électrodes fines comme des rasoirs, puis enroulées dans un tube spongieux. Lorsqu'une tension est appliquée au DEA, les électrodes pressent l'élastomère, ce qui fait battre l'aile.

Mais des imperfections microscopiques peuvent provoquer des étincelles qui brûlent l’élastomère et provoquent une panne de l’appareil. Il y a environ 15 ans, des chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient prévenir les défaillances de la DEA dues à un minuscule défaut grâce à un phénomène physique appelé auto-compensation. Dans ce processus, l'application d'une haute tension au DEA déconnecte l'électrode locale autour d'un petit défaut, isolant cette défaillance du reste de l'électrode afin que le muscle artificiel continue de fonctionner.