Une pince robotique auto-réparatrice pourrait être l’avenir de la robotique douce durable

Les chercheurs ont développé une pince robotique auto-réparatrice destinée à la robotique douce, adaptable, recyclable et résistante aux dommages, grâce à une guérison autonome assistée par la chaleur.

Un élastomère auto-cicatrisant forme la membrane flexible et déformable de la pince. Développé par des chercheurs de l’Université de Cambridge et de la Vrije Universiteit Brussel, l’élastomère, une classe spéciale de polymère doté de propriétés uniques telles que l’élasticité et la ténacité, est capable de s’auto-guérir des dommages macroscopiques, notamment des rayures et des perforations provoquées par un contact direct avec des objets tranchants. objets ou surfaces.

Un capteur de pression fait office de système d’alerte précoce de détection des dommages. Pendant ce temps, le chauffage intégré autonome permet une guérison rapide en environ neuf minutes à la température souhaitée de 70°C.

Contrairement à d’autres pinces robotiques universelles, cette pince universelle auto-réparatrice proposée peut être entièrement retraitée et recyclée, ce qui contraste avec les silicones traditionnels actuellement utilisés dans les pinces robotiques souples, qui offrent une faible recyclabilité et une durée de vie limitée. Les résultats sont rapportés dans la revue Systèmes intelligents avancés.

Des matériaux souples et flexibles sont généralement utilisés pour la fabrication de robots souples car ils absorbent les chocs et peuvent protéger le robot des impacts mécaniques. Ces matériaux permettent aux pinces universelles souples de s’adapter, de saisir et de manipuler une large gamme d’objets de formes différentes et irrégulières.

Les chercheurs ont découvert que la pince universelle auto-réparatrice était capable de saisir de manière fiable une gamme d’objets lors d’une tâche de sélection et de placement, notamment des pinces, des marqueurs, des rouleaux de ruban adhésif et des tournevis. Cela est dû à la conception de la pince, basée sur le blocage des particules. Des billes d’acier hautement conductrices enfermées dans la membrane auto-cicatrisante aident à maximiser le transfert de chaleur pour faciliter le processus de guérison autonome. Les billes d’acier peuvent également être réutilisées dans une nouvelle pince ou retraitées par fusion.

“Le polymère auto-cicatrisant que nous avons utilisé pour notre pince souple possède une excellente résistance mécanique, une préhension adaptative et résiste aux dommages”, a déclaré le professeur Fumiya Iida. « Lorsque les dommages sont trop importants pour être réparés, nous avons conçu un préhenseur avec un potentiel de recyclage élevé, qui peut être complètement fondu, retraité et transformé en un nouveau préhenseur, présentant ainsi une option durable pour les préhenseurs universels et la robotique douce en général à l’avenir. “.

Les résultats expérimentaux ont montré qu’il n’y avait aucune fermeture ou scellement du polymère endommagé à des températures inférieures à 70°C.

L’équipe de recherche a étudié les performances de guérison de la membrane polymère provenant de diverses sources de dommages :

• En coupant la surface avec un scalpel pour imiter les rayures causées par des objets pointus ou des bords irréguliers.
• Percez le polymère avec une aiguille pour reproduire les dommages causés par des objets épineux tels que du verre brisé et des brindilles hérissées.
• Couper et déchirer pour infliger des dommages mortels à la pince qui sont susceptibles de se produire avant de conduire à une défaillance catastrophique de la pince.

L’analyse microscopique d’un échantillon de polymère, cicatrisé après avoir été coupé en deux et fracturé sous la force lors d’un essai de traction, a montré qu’une nouvelle fracture s’était produite à un endroit différent de la cicatrice d’origine. Selon les chercheurs, cette découverte démontre trois choses : premièrement, la guérison réussie et complète des deux parties détachées ; deuxièmement, la récupération complète des propriétés mécaniques du polymère ; et troisièmement, la confirmation de l’absence de point faible créé à l’emplacement de la cicatrice d’origine.

Huijiang Wang, co-auteur principal et chercheuse Marie Sklodowska-Curie en robotique douce, a déclaré : « Préserver les performances mécaniques élevées et la stabilité des polymères ainsi qu’une guérison rapide à température ambiante (soit par la chaleur, soit par la lumière) s’est avéré être un défi. pour la communauté des matériaux d’auto-guérison.

“Cependant, avec notre pince, l’ensemble du processus d’auto-guérison – détection des dommages, réorientation (retourner la pince dans sa “position de guérison” pour augmenter le contact entre les billes d’acier et le chauffage intégré) et régulation de la température – est effectué de manière autonome, sans aucune intervention humaine, créant un système comme neuf et capable de reprendre ses tâches.