Construisez un char RC imprimé en 3D haute performance avec une boîte de vitesses à deux vitesses
Dans ce didacticiel, je vais vous montrer comment j'ai construit une bête de char RC imprimé en 3D ou un véhicule à chenilles radiocommandé, doté d'un design épuré et entièrement noir, d'un éclairage LED sympa et d'une boîte de vitesses à deux vitesses. C'est vrai, j'ai spécialement conçu une boîte de vitesses pour ce char afin de pouvoir choisir un rapport inférieur ou supérieur en fonction du terrain ou de l'application utilisée, et ainsi obtenir soit un couple plus élevé, soit une vitesse plus élevée.
Vous pouvez regarder la vidéo suivante ou lire le didacticiel écrit ci-dessous.
Vue d'ensemble
Si vous me suivez, vous savez peut-être qu'il y a quelque temps, j'ai déjà construit un char RC imprimé en 3D, ce qui était cool, mais un peu sous-alimenté. C'est pourquoi, pour cette version, j'utilise un moteur à courant continu de 200 W pour chaque piste et, en combinaison avec cette boîte de vitesses, le char a suffisamment de puissance pour conquérir n'importe quel terrain ou pour s'amuser en faisant des burnouts ou des beignets avec.
En parlant de plaisir, j'ai installé une bande LED adressable pour les lumières, qui offre des possibilités infinies pour créer des effets de lumière époustouflants. Pour cette vidéo, j'ai créé un effet stroboscopique de lumières de police, ce qui est tellement cool de rouler avec, surtout la nuit.
Quant à la suspension, de chaque côté, le réservoir repose sur trois ressorts hélicoïdaux et amortisseurs, avec deux galets pour chacun d'eux. Cela permet au véhicule de rouler en douceur sur un terrain accidenté et de franchir des obstacles tout en conservant une bonne surface de contact entre les chenilles et le terrain.
Bien entendu, tout est imprimé en 3D et les fichiers 3D sont disponibles en téléchargement, vous pouvez donc en construire un vous-même.
Pour contrôler le char, j'utilise un émetteur RC commercial bon marché qui lui envoie des commandes.
Au niveau du char, il y a un récepteur RC adapté qui reçoit les commandes et les envoie à un microcontrôleur. Le cerveau de cette plate-forme est une carte basée sur un microcontrôleur Atmega2560 et pour tout connecter facilement, j'ai créé un PCB personnalisé qui peut être simplement fixé sur le dessus de la carte.
Néanmoins, attachez-vous maintenant car je vais vous guider tout au long du processus de construction de ce char RC, depuis la conception, l'impression 3D, l'assemblage et la connexion des composants électroniques, jusqu'à la programmation du microcontrôleur.
Concevoir le char RC
J'ai conçu ce réservoir en utilisant Onshape.
Onshape est le système de CAO et PDM 3D natif cloud de qualité professionnelle que j'utilise pour mes projets.
Je recommande aux ingénieurs mécaniques et aux concepteurs de produits de consulter Onshape. Vous et votre entreprise pouvez utiliser Onshape Professional gratuitement jusqu'à 6 mois sur https://Onshape.pro/HowtoMechatronics
Les paramètres d'entrée initiaux pour la conception étaient les moteurs à courant continu, ou leurs dimensions et le régime. Ces moteurs sont assez volumineux et tournent à 3 000 tr/min. C'est un régime trop élevé pour ce réservoir, c'est pourquoi j'ai conçu cette boîte de vitesses, qui réduit la vitesse à deux valeurs différentes.
Cette boîte de vitesses fonctionne exactement comme une transmission manuelle dans une voiture. Il y a un levier de vitesse qui, au lieu de le déplacer à la main, est ici déplacé à l'aide d'un servomoteur, et il peut choisir lequel des deux jeux de vitesses de sortie sera engagé comme sortie finale.
Le rapport de réduction initial de la boîte de vitesses est de 1,88:1, qui est fixe, et nous pouvons ensuite choisir soit le rapport bas, qui a une réduction supplémentaire de 2,76:1, soit le rapport élevé, qui a un rapport de 1:1. Ainsi, dans le rapport inférieur, la réduction totale est de 5,2, soit environ 570 tr/min, et dans le rapport supérieur, de seulement 1,88, soit environ 1 600 tr/min.
Nous verrons plus en détail le fonctionnement de la boîte de vitesses un peu plus tard dans cette vidéo où nous allons l'assembler.
Le prochain paramètre d’entrée pour la conception du réservoir était les amortisseurs RC que j’ai reçus. Ils ont une longueur de 70 mm une fois déployés, avec une course de 15 mm. Je voulais obtenir une distance de déplacement verticale un peu plus grande pour les roues, je les ai donc positionnés dans cette configuration et j'ai obtenu une distance de déplacement verticale de 22 mm.
En plus de cela, comme il s’agit d’un système de bogie dans lequel une paire de roues est fixée à cet axe mobile, les roues peuvent tourner autour de cet axe et ainsi effectuer un déplacement vertical supplémentaire. Évidemment, cela offrira une conduite plus douce et un meilleur contact entre la piste et la surface en dessous.
Si nous regardons de plus près les roues avant, nous pouvons remarquer qu'elles se connectent à la roue folle à l'avant pour fournir une tension dynamique de la chenille. Lorsque les roues avant montent, la circonférence de la voie diminue et la tension se relâche.
Avec cette configuration, lorsque cela se produit, la roue folle est poussée vers l’avant pour tendre la chenille. Avec cette connexion, nous pouvons également tendre le rail de manière statique, en ajustant ce boulon et cet écrou d'écartement.
A l'arrière, nous avons le pignon qui est composé de trois parties. Il comporte le coupleur d'arbre et les sections gauche et droite du pignon reliés ensemble par trois boulons M3.
La dimension clé ici sur le pignon est le pas car il doit correspondre au pas de la piste. Le pas est ici de 11 mm et j'ai choisi le pignon à 20 dents ce qui m'a donné un diamètre primitif du pignon d'environ 69 mm. L'idée concernant la taille du pignon était d'être suffisamment grande pour que la chenille reste hors du corps du réservoir.
Le pas de 11 mm a en fait été défini par la conception du maillon de chenille. Mon objectif pour le maillon de piste était d'être aussi compact que possible et de pouvoir être connecté au maillon suivant avec une seule pièce ou une broche supplémentaire, tout en étant suffisamment solide pour être réalisé avec une imprimante 3D.
De plus, lors de l'impression 3D, je voulais éviter toute utilisation de matériau de support pour la pièce, ce que j'ai effectivement réussi à réaliser avec cette conception.
Pour relier les maillons de chenille les uns aux autres, j'ai prévu d'utiliser des broches de 2 mm de diamètre, j'ai donc dimensionné un côté à 2,1 mm, pour obtenir un ajustement serré, et l'autre côté à 2,4 mm, pour obtenir un ajustement lâche afin que les maillons de chenille puissent tourner librement.
Les dents du pignon s'engagent dans les maillons de chenille au niveau de la forme cylindrique extérieure. Le cylindre de liaison de chenille a un rayon de 4,4 mm, tandis que le pignon a un rayon de 4,9 mm afin d'avoir un ajustement lâche pour fonctionner correctement.
Le corps principal, où tout est connecté, devait être suffisamment grand pour accueillir les deux boîtes de vitesses et, bien sûr, avoir de la place pour l'électronique et la batterie. Tout cela a donné des dimensions hors tout du réservoir de 547 x 397 mm. C'est assez gros, plus grand que le lit d'une imprimante 3D habituelle, j'ai donc divisé les grosses pièces en deux sections, afin que nous puissions les imprimer sur une imprimante 3D à lit de 300 mm. Veuillez noter que si vous souhaitez l'imprimer sur une imprimante 3D plus petite de 220 mm, le modèle doit être divisé en 4 sections. Je fournirai également cette version dans les fichiers 3D.
Pour assembler le réservoir, nous avons besoin de divers boulons et écrous M3 et M4, ainsi que de quelques inserts filetés et roulements. Vous pouvez trouver ci-dessous une liste complète de tous les composants nécessaires à ce projet. Bien entendu, vous pouvez également retrouver le modèle 3D et les fichiers STL nécessaires à l'impression 3D.
Modèle 3D et fichiers de téléchargement STL
Vous pouvez visualiser le modèle 3D de ce char RC directement sur votre navigateur Web avec Onshape.
Vous pouvez obtenir le modèle 3D de cette plate-forme de char/robot RC, ainsi que les fichiers STL pour l'impression 3D auprès de Cults3D.
Impression 3D
J'ai utilisé mon imprimante 3D Creality Ender-3 V3 Plus pour imprimer la plupart des pièces de ce réservoir.
Lors de l'impression 3D, il est important d'utiliser la fonction d'expansion horizontale, ou maintenant dans le nouveau slicer Creality Print que j'ai utilisé, cela s'appelle la compensation de contour X-Y. Si nous laissons ces paramètres par défaut, les dimensions extérieures des impressions ainsi que les trous sont généralement plus petits que le modèle original et nous pourrions avoir des problèmes pour les assembler.
Dans le slicer Creality Print, j'ai utilisé une valeur de -0,07 pour la compensation du contour X-Y et de plus 0,07 pour la fonction de compensation des trous X-Y. Bien sûr, vous devriez faire quelques tests d'impression pour voir quelles valeurs vous donneront les meilleurs résultats sur votre imprimante 3D.
Pour l'impression 3D des maillons de piste, j'ai utilisé des radeaux comme adhérence de la plaque de construction, car leur surface de contact de base avec la plaque du lit est un peu petite et pourrait ne pas bien adhérer si l'adhérence du lit sur votre imprimante n'est pas très bonne.
La Creality Ender-3 V3 Plus possède une plaque de construction de 300 x 300 mm, ce qui me permet d'imprimer le corps principal du réservoir en deux parties. Même en deux sections, les pièces restent assez volumineuses, et poussent l'imprimante 3D dans ses retranchements. Mais la Creality Ender-3 V3 Plus a réussi à le gérer et a fait un excellent travail en imprimant ces grosses pièces.
Je peux recommander cette imprimante 3D à tous ceux qui recherchent une imprimante 3D grand volume et rapide. Il s'agit d'une imprimante 3D CoreXZ qui peut atteindre des vitesses allant jusqu'à 600 mm/s et, grâce à son cadre robuste, elle offre une très bonne qualité d'impression. Merci à Creality de m'avoir fourni cette imprimante 3D.
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Assemblage du char RC
Voici toutes les pièces imprimées en 3D, afin que nous puissions commencer à assembler le réservoir. Pour être honnête, il y a tellement d’impression 3D. Il faut environ plusieurs jours pour tout imprimer, et pas seulement du temps, mais il nous faut aussi plusieurs bobines de filament.
Rien que pour les liens de piste, car il y a 214 liens de piste au total, nous avons besoin d'environ 500 g et 30 heures d'impression 3D. Le corps principal du tank a besoin d'environ 1 kg de filament, s'il est divisé en deux sections comme ici, 500 g et environ 12 à 18 heures pour chaque section. De plus, de nombreuses pièces doivent être imprimées en 3D avec support, nous devons donc passer un peu de temps à les nettoyer.
BOM
Voici une liste des composants nécessaires à l'assemblage de ce projet de char RC. La liste des composants électroniques se trouve ci-dessous dans la section schéma de circuit de l'article.
M3x10mm – 10
M3x16mm – 20
M3x20mm – 10
M3x25mm – 10
M3x30mm – 10
M3x16mm fraisé – 20
M4x16mm – 10
M4x35mm – 20
M4x40mm – 20
M5x40mm – 2 Contre-écrou M3 – 50
Contre-écrou M4 – 40
Écrou M5 – 6
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Électronique – Schéma de circuit du char RC
Jetons un coup d'œil à l'électronique du char RC et expliquons son fonctionnement. Le cerveau de ce char RC est une carte basée sur un microcontrôleur ATmega2560.
Vous pouvez obtenir les composants nécessaires à ce projet à partir des liens ci-dessous :
– 1 000 x1
– 2 000 x1
– 240 x1Amazon | AliExpress Condensateurs
– 0,1uF x1
– 1uFx1
– 400uF x1
Amazon | AliExpress
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Conception de PCB personnalisée
Afin de garder les composants électroniques organisés, j'ai conçu un PCB personnalisé pour le char RC. Le PCB sera compatible avec la carte basée sur le microcontrôleur ATmega2560 pour être directement monté dessus.
J'ai commandé le PCB chez PCBWay. Ici, nous pouvons simplement télécharger le fichier Gerber, choisir les propriétés de notre PCB et le commander à un prix raisonnable.
Je n'ai modifié aucune des propriétés par défaut à l'exception de la couleur du PCB que j'ai choisi comme bleu. Vous pouvez trouver et télécharger le Gerber depuis la communauté de partage de projets PCBWay à travers laquelle vous pouvez également commander directement le PCB.
Finition de l'assemblage du char RC
Dans cette section, je vais vous expliquer comment tout connecter ensemble et compléter ce char RC.
Cette section est encore en construction.
Programmation du char RC – Code Arduino
Dans cette section, j'expliquerai comment fonctionne le code Arduino derrière le char RC. Ici vous pouvez télécharger le code :
Présentation du code
Ainsi, en utilisant la bibliothèque IBusBM, nous lisons les données entrantes de l'émetteur RC.
// Reading the data comming from the RC Transmitter
IBus.loop();
ch0 = IBus.readChannel(0); // ch0 - left and right;
ch1 = IBus.readChannel(1); // ch1 - forward and backward;
ch6 = IBus.readChannel(6); // ch6 - Gear shifter
ch7 = IBus.readChannel(7); // ch7 - Police light strobe effect
ch8 = IBus.readChannel(8); // ch8 - All white LEDs
ch9 = IBus.readChannel(9); // ch9 - Left and Right white LEDsCode language: JavaScript (javascript) Le joystick droit, les canaux 0 et 1 sont utilisés pour contrôler le mouvement du réservoir, l'interrupteur à bascule gauche, ou canal 6, pour contrôler le servo pour changer les vitesses, et les trois autres interrupteurs à bascule pour contrôler les LED.
Nous convertissons les données entrantes en valeurs adaptées au contrôle PWM des moteurs à courant continu, comprises entre 0 et 255.
// convert the incoming date into suitable PWM value
steeringValue = map(ch0, 1000, 2000, -205, 205); // 0 to 205 range because then I add +50 in order to avoid low PWM values as to motors won't start if so
motorSpeed = map(ch1, 1000, 2000, -205, 205);
motorSpeed = abs(motorSpeed);
leftMotorSpeed = 50 + motorSpeed + steeringValue; // 50 + (0-205) + (0 - 205 ) = 50 - 255 so this range from 50 to 255 is used as PWM value
rightMotorSpeed = 50 + motorSpeed - steeringValue;
leftMotorSpeed = constrain(leftMotorSpeed, 0, 255); // constrain the PWM value from 0 to 255
rightMotorSpeed = constrain(rightMotorSpeed, 0, 255);
// if PWM is lower than 52, set PWM value to 0
if (leftMotorSpeed < 52) {
leftMotorSpeed = 0;
}
if (rightMotorSpeed < 52) {
rightMotorSpeed = 0;
}
Code language: JavaScript (javascript) Nous envoyons les valeurs PWM aux pilotes et aux moteurs en utilisant la fonction analogWrite() de manière appropriée.
// if right joystick goes up > move forward
if (ch1 > 1510 && ch1 < 2000) {
digitalWrite(M1_RPWM, 0);
analogWrite(M1_LPWM, leftMotorSpeed);
digitalWrite(M2_RPWM, 0);
analogWrite(M2_LPWM, rightMotorSpeed);
}
// if right joystick goes down > move backward
if (ch1 > 1000 && ch1 < 1490) {
analogWrite(M1_RPWM, leftMotorSpeed);
digitalWrite(M1_LPWM, 0);
analogWrite(M2_RPWM, rightMotorSpeed);
digitalWrite(M2_LPWM, 0);
}
// if right joystick is in the middle, don't move
if (ch1 > 1490 && ch1 < 1510) {
if (leftMotorSpeed < 50 && rightMotorSpeed < 50) {
digitalWrite(M1_LPWM, 0);
digitalWrite(M1_RPWM, 0);
digitalWrite(M2_LPWM, 0);
digitalWrite(M2_RPWM, 0);
}
// if right joystick move just left or right, without going up or down, move the tank left or right (in place)
else if (ch0 < 1490 || ch0 > 1510) {
analogWrite(M1_RPWM, rightMotorSpeed);
analogWrite(M1_LPWM, leftMotorSpeed);
analogWrite(M2_RPWM, leftMotorSpeed);
analogWrite(M2_LPWM, rightMotorSpeed);
}
}Code language: JavaScript (javascript) Pour le servomoteur et le changement de vitesse, vous devez ajuster les valeurs en fonction du servo que vous utilisez.
//======= Gear shift ====
if (ch6 == 2000) {
myservo.write(140);
}
if (ch6 == 1000) {
myservo.write(40);
}Code language: JavaScript (javascript) En ce qui concerne le contrôle des lumières, nous vérifions quelle bascule est allumée et, en fonction de celle-ci, nous disons d'allumer chaque LED individuellement selon les besoins.
//===== LIGHTS Control ===
// Front and back lights LEDs control
if (ch9 == 2000) {
frontLeds[0] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[1] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[2] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[3] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[4] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[5] = CRGB (0, 0, 0);
frontLeds[6] = CRGB (0, 0, 0);
frontLeds[7] = CRGB (0, 0, 0);
frontLeds[8] = CRGB (0, 0, 0);
frontLeds[9] = CRGB (0, 0, 0);
frontLeds[10] = CRGB (0, 0, 0);
frontLeds[11] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[12] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[13] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[14] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[15] = CRGB (255, 255, 255);
backLeftLeds[0] = CRGB ( 255, 0, 0);
backLeftLeds[1] = CRGB ( 255, 0, 0);
backLeftLeds[2] = CRGB ( 255, 0, 0);
backRightLeds[0] = CRGB ( 255, 0, 0);
backRightLeds[1] = CRGB ( 255, 0, 0);
backRightLeds[2] = CRGB ( 255, 0, 0);
}
if (ch9 != ch9State) {
if (ch9 == 1000) {
FastLED.clear();
}
ch9State = ch9;
FastLED.show();
}
// Front and back lights LEDs control
if (ch8 == 1500) {
frontLeds[0] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[1] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[2] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[3] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[4] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[5] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[6] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[7] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[8] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[9] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[10] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[11] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[12] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[13] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[14] = CRGB (255, 255, 255);
frontLeds[15] = CRGB (255, 255, 255);
backLeftLeds[0] = CRGB ( 255, 0, 0);
backLeftLeds[1] = CRGB ( 255, 0, 0);
backLeftLeds[2] = CRGB ( 255, 0, 0);
backRightLeds[0] = CRGB ( 255, 0, 0);
backRightLeds[1] = CRGB ( 255, 0, 0);
backRightLeds[2] = CRGB ( 255, 0, 0);
}
....and so on...Code language: JavaScript (javascript) L'effet stroboscopique des lumières de police m'a pris un certain temps à le coder, mais le résultat était vraiment cool.
Test du réservoir imprimé en 3D
Une fois le code téléchargé, nous pouvons mettre sous tension la plate-forme robotique et l'émetteur RC pour le tester. Sur l'écran de l'émetteur, nous pouvons remarquer la tension de la batterie LiPo, ainsi que la tension du récepteur et de l'émetteur.
Ici, nous pouvons également voir comment fonctionne le changement de vitesse en mouvement. Avec l'interrupteur à bascule gauche, nous pouvons changer de vitesse pendant que les moteurs tournent. En fait, c'est vrai, n'est-ce pas.
Avec les 3 autres interrupteurs à bascule, nous contrôlons les lumières du réservoir. Il existe 4 modes différents. Cinq LED de chaque côté de couleur blanche, deuxième mode toutes les LED blanches allumées, troisième mode toutes les LED blanches clignotantes et bien sûr, le mode le plus cool, un effet stroboscopique de lumières de police. Le char peut se déplacer avec n'importe lequel de ces modes d'éclairage activés.
Juste un petit mot ici cependant. Comme les LED sont alimentées par le 5 V provenant du régulateur de tension LM350, il peut faire très chaud, surtout si le mode toutes les LED blanches est utilisé. Chaque LED consomme environ 50 à 60 mA de courant pour la couleur blanche, ce qui représente presque environ 1 A de courant.
Le LM350 peut gérer jusqu'à 3A de courant mais il a besoin d'un refroidissement important et approprié à cet effet. Je l'ai placé au mauvais endroit sur le PCB personnalisé afin de ne pas pouvoir ajouter de dissipateur thermique approprié. J'ai cependant essayé d'ajouter quelques petits dissipateurs thermiques à partir d'un pilote pas à pas.
Ils aident un peu, mais si toutes les LED blanches restent allumées plus longtemps, le régulateur de tension surchauffera. Mais sur tous les autres modes, tout va bien, alors j’ai laissé les choses telles quelles. Si nous souhaitons résoudre ce problème, nous pourrions ajouter un convertisseur abaisseur séparé avec un courant nominal de 8 A. Ce convertisseur abaisseur peut être alimenté à partir de la borne de sortie 12 V, et sa sortie 5 ou 6 V que nous définissons peut aller à la borne 6 V sur le PCB et nous pouvons utiliser le rail 6 V pour alimenter les LED.
Néanmoins, j'espère que vous avez apprécié cette vidéo et appris quelque chose de nouveau. Amusez-vous à construire et à conduire ce char RC. Comme je l'ai mentionné plus tôt, dans les prochaines vidéos, je prévois d'apporter quelques améliorations à ce char. Je pourrais ajouter un bras de robot dessus, ou peut-être fabriquer une souffleuse à neige ou quelque chose comme ça. Alors restez à l'écoute.
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