Des chercheurs de l’Université de l’État de Washington ont développé les micro-robots les plus petits et les plus rapides, transformant potentiellement les domaines de la pollinisation artificielle à la chirurgie. Utilisant des alliages à mémoire de forme pour le mouvement, ces robots, nettement plus légers et plus rapides que les modèles précédents, aspirent à atteindre une plus grande autonomie et efficacité en imitant le comportement naturel des insectes. Crédit : Services photo WSU
Deux robots ressemblant à des insectes, un mini-insecte et un marcheur aquatique, développés à l’Université de l’État de Washington, sont les micro-robots entièrement fonctionnels les plus petits, les plus légers et les plus rapides jamais créés.
De tels robots miniatures pourraient un jour être utilisés pour des travaux dans des domaines tels que la pollinisation artificielle, la recherche et le sauvetage, la surveillance environnementale, la microfabrication ou la chirurgie assistée par robot. Faisant état de leurs travaux dans les actes de la conférence internationale de la IEEE Robotics and Automation Society sur les robots et systèmes intelligents, le mini-insecte pèse huit milligrammes tandis que le marcheur aquatique pèse 55 milligrammes. Les deux peuvent se déplacer à environ six millimètres par seconde.
Des avancées en matière de vitesse et de miniaturisation
« C’est rapide par rapport à d’autres micro-robots à cette échelle, même s’il reste en retard par rapport à leurs parents biologiques », a déclaré Conor Trygstad, doctorant à l’École de génie mécanique et des matériaux et auteur principal des travaux. Une fourmi pèse généralement jusqu’à cinq milligrammes et peut se déplacer à près d’un mètre par seconde.
La clé des petits robots réside dans leurs minuscules actionneurs qui les font bouger. Trygstad a utilisé une nouvelle technique de fabrication pour miniaturiser l’actionneur à moins d’un milligramme, le plus petit jamais fabriqué.
Un robot créé par WSU est placé à côté d’un quart pour illustrer sa taille. Crédit : WSU
« Les actionneurs sont les plus petits et les plus rapides jamais développés pour la microrobotique », a déclaré Néstor O. Pérez-Arancibia, professeur agrégé Flaherty en ingénierie à l’École de génie mécanique et des matériaux de la WSU, qui a dirigé le projet.
Technologie d’actionneur avancée
L’actionneur utilise un matériau appelé mémoire de forme alliage qui est capable de changer de forme lorsqu’il est chauffé. On l’appelle « mémoire de forme » car elle se souvient et reprend ensuite sa forme originale. Contrairement à un moteur typique qui déplacerait un robot, ces alliages ne comportent aucune pièce mobile ni composant en rotation.
« Ils sont très solides sur le plan mécanique », a déclaré Trygstad. « Le développement de cet actionneur très léger ouvre de nouveaux domaines en microrobotique. »
Les alliages à mémoire de forme ne sont généralement pas utilisés pour les mouvements robotiques à grande échelle car ils sont trop lents. Dans le cas des robots WSU, cependant, les actionneurs sont constitués de deux minuscules fils en alliage à mémoire de forme d’un diamètre de 1/1000 de pouce. Avec une petite quantité de courant, les fils peuvent être chauffés et refroidis facilement, permettant aux robots de battre leurs nageoires ou de bouger leurs pieds jusqu’à 40 fois par seconde. Lors de tests préliminaires, l’actionneur était également capable de soulever plus de 150 fois son propre poids.
Comparée à d’autres technologies utilisées pour faire bouger les robots, la technologie SMA ne nécessite également qu’une très petite quantité d’électricité ou de chaleur pour les faire bouger.
Orientations futures et améliorations
« Le système SMA nécessite des systèmes beaucoup moins sophistiqués pour l’alimenter », a déclaré Trygstad.
Trygstad, un passionné de pêche à la mouche, observe depuis longtemps les marcheurs aquatiques et aimerait étudier davantage leurs mouvements. Alors que le robot marcheur aquatique WSU effectue un mouvement de battement à plat pour se déplacer, l’insecte naturel effectue un mouvement d’aviron plus efficace avec ses pattes, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles le véritable objet peut se déplacer beaucoup plus rapidement.
Les chercheurs aimeraient copier un autre insecte et développer un robot de type marcheur aquatique capable de se déplacer aussi bien au-dessus de la surface de l’eau que juste en dessous. Ils travaillent également à utiliser de minuscules batteries ou une combustion catalytique pour rendre leurs robots entièrement autonomes et sans alimentation électrique.
