Robot pneumatique imitant la marche sans électronique

Robot souple quadrupède sans électronique

Des ingénieurs ont créé un robot souple à quatre pattes qui n'a besoin d'aucune électronique pour fonctionner. Il ne nécessite qu'une source constante d'air sous pression pour toutes ses fonctions, y compris contrôle et locomotion. Applications : robots opérant dans des environnements où l'électronique ne fonctionne pas, comme les machines IRM ou les puits de mine. Les robots souples sont particulièrement intéressants car ils s'adaptent facilement à leur environnement et opèrent en sécurité près des humains.

Contrôle pneumatique vs électronique traditionnel

La plupart des robots souples sont alimentés par air sous pression et contrôlés par circuits électroniques. Mais cette approche nécessite des composants complexes comme cartes de circuits, vannes, pompes, souvent hors du corps du robot. Ces composants, constituant le cerveau et le système nerveux du robot, sont typiquement encombrants et coûteux. En contraste, le nouveau robot est contrôlé par un système léger, peu coûteux de circuits pneumatiques, composés de tubes et vannes souples embarqués sur le robot lui-même. Le robot peut marcher sur commande ou en réponse à des signaux qu'il perçoit de l'environnement.

Q&A avec le chercheur

L'ingénieur UCSD Dylan Drotman explique à Tech Briefs où ce type de robot peut être utilisé et comment il peut potentiellement faire bien plus que marcher.

La puissance de calcul du robot imite grossièrement les réflexes mammaliens pilotés par une réponse neurale de la moelle épinière plutôt que du cerveau. L'équipe s'est inspirée des circuits neuraux chez les animaux, appelés générateurs de motifs centraux, composés d'éléments très simples générant des motifs rythmiques pour contrôler mouvements comme marche et course. Pour imiter ces fonctions, l'équipe a construit un système de vannes agissant comme oscillateurs, contrôlant l'ordre d'injection d'air sous pression dans les muscles pneumatiques des quatre membres. Les chercheurs ont construit un composant coordonnant la démarche en retardant l'injection d'air dans les pattes. La démarche était inspirée des tortues à cou latéral.

Le robot est aussi équipé de capteurs mécaniques simples — petites bulles souples remplies de fluide au bout de perches dépassant du corps. Quand les bulles sont déprimées, le fluide bascule une vanne dans le robot qui le fait inverser sa direction. Le robot a trois vannes agissant comme inverseurs causant la propagation d'un état de haute pression dans le circuit pneumatique, avec un délai à chaque inverseur.

Chacune des quatre pattes a trois degrés de liberté alimentés par trois muscles. Les pattes sont inclinées vers le bas à 45° et composées de trois chambres cylindriques pneumatiques parallèles connectées avec soufflets. Quand une chambre est pressurisée, le membre se plie dans la direction opposée. Ainsi, les trois chambres de chaque membre fournissent le pliage multi-axe requis pour la marche. Les chercheurs ont apparié des chambres de chaque patte diagonalement, simplifiant le problème de contrôle.

Une vanne souple inverse le sens de rotation des membres entre sens inverse et sens horaire. Cette vanne agit comme un commutateur double pôle doubleThrow verrouillable — un commutateur avec deux entrées et quatre sorties, chaque entrée ayant deux sorties correspondantes. Ce mécanisme ressemble à échanger les connexions de deux nerfs dans le cerveau.

Les chercheurs veulent améliorer la démarche pour marcher sur terrain naturel et surfaces inégales, naviguer sur divers obstacles. Cela nécessiterait un réseau de capteurs plus sophistiqué et un système pneumatique plus complexe. L'équipe examinera aussi comment la technologie pourrait créer des robots en partie contrôlés par circuits pneumatiques pour certaines fonctions comme la marche, tandis que circuits électroniques traditionnels gèrent les fonctions supérieures.