Matériaux autorégénérants à détection douce pour mains et bras robotiques

Des matériaux de type gelée à faible coût, développés par des chercheurs de l'Université de Cambridge, peuvent détecter la tension, la température et l'humidité. Et contrairement aux robots auto-réparateurs précédents, ils peuvent également se réparer partiellement à température ambiante.

Les technologies de détection douce pourraient transformer la robotique, les interfaces tactiles et les appareils portables, entre autres applications. Cependant, la plupart des technologies de détection douce ne sont pas durables et consomment de grandes quantités d'énergie.

"L'intégration de capteurs logiciels dans la robotique nous permet d'obtenir beaucoup plus d'informations, comme la façon dont la pression sur nos muscles permet à notre cerveau d'obtenir des informations sur l'état de notre corps", a déclaré David Hardman du département d'ingénierie de Cambridge, le premier auteur de l'article rapporté dans la revue NPG Asia Materials.

Dans le cadre du projet SHERO financé par l'UE, Hardman et ses collègues ont travaillé au développement de matériaux à détection douce et auto-cicatrisants pour les mains et les bras robotiques. Ces matériaux peuvent détecter lorsqu'ils sont endommagés, prendre les mesures nécessaires pour se réparer temporairement, puis reprendre le travail, le tout sans intervention humaine.

"Nous travaillons avec des matériaux auto-cicatrisants depuis plusieurs années, mais nous cherchons maintenant des moyens plus rapides et moins chers de fabriquer des robots auto-cicatrisants", a déclaré le co-auteur Thomas George-Thuruthel, également du Département d'ingénierie.

Les versions antérieures des robots auto-cicatrisants devaient être chauffées pour guérir, mais les chercheurs de Cambridge développent actuellement des matériaux capables de cicatriser à température ambiante, ce qui les rendrait plus utiles pour les applications du monde réel.

"Nous avons commencé avec un matériau extensible à base de gélatine qui est bon marché, biodégradable et biocompatible et avons effectué différents tests sur la façon d'incorporer des capteurs dans le matériau en ajoutant de nombreux composants conducteurs", a déclaré Hardman.

Les chercheurs ont découvert que l'impression de capteurs contenant du chlorure de sodium - du sel - au lieu d'encre au carbone aboutissait à un matériau doté des propriétés qu'ils recherchaient. Étant donné que le sel est soluble dans l'hydrogel rempli d'eau, il fournit un canal uniforme pour la conduction ionique - le mouvement des ions.

Lors de la mesure de la résistance électrique des matériaux imprimés, les chercheurs ont découvert que les changements de contrainte entraînaient une réponse hautement linéaire, qu'ils pouvaient utiliser pour calculer les déformations du matériau. L'ajout de sel a également permis de détecter des étirements de plus de trois fois la longueur d'origine du capteur, de sorte que le matériau puisse être incorporé dans des dispositifs robotiques flexibles et extensibles.

Les matériaux auto-cicatrisants sont bon marché et faciles à fabriquer, soit par impression 3D, soit par moulage. Ils sont préférables à de nombreuses alternatives existantes car ils présentent une résistance et une stabilité à long terme sans se dessécher, et ils sont entièrement fabriqués à partir de matériaux de qualité alimentaire largement disponibles.

"C'est un très bon capteur compte tenu de sa facilité de fabrication et de son bon marché", a déclaré George-Thuruthel. "Nous pourrions fabriquer un robot entier avec de la gélatine et imprimer les capteurs là où nous en avons besoin."

Les hydrogels auto-cicatrisants se lient bien avec une gamme de matériaux différents, ce qui signifie qu'ils peuvent facilement être incorporés à d'autres types de robotique. Par exemple, une grande partie de la recherche du Laboratoire de robotique bio-inspirée, où sont basés les chercheurs, est axée sur le développement de mains artificielles. Bien que ce matériau soit une preuve de concept, s'il est développé davantage, il pourrait être incorporé dans des peaux artificielles et des capteurs portables et biodégradables sur mesure.