Un robot souple, de la taille d’une chenille, alimenté et contrôlé par la lumière
Hi-res photo of the caterpillar micro-robot sitting on a finger tip
credit : Faculty of Physics University of Warsaw
En utilisant la technologie des élastomères cristallins liquides, mise au point à l’origine au LENS Institute de Florence (European Laboratory for Non-linear Spectroscopy), des chercheurs de la Faculté de Physique de l’Université de Varsovie ont démontré la capacité d’un micro-robot bioinspiré d’imiter les attitudes à échelle réelle d’une chenille d’insecte. Ce robot souple de 15 millimètres de long recueille l’énergie fournie par la lumière verte. Il est contrôlé par un faisceau laser à modulation spatiale. En plus de se déplacer sur des surfaces planes, il peut également remonter des pentes, passer à travers d’étroites fentes et transporter de lourdes charges.
Depuis des décennies, les scientifiques et les ingénieurs essayent de construire des robots imitant les différents modes de locomotion observés dans la nature. La plupart de ces conceptions possèdent un squelette rigide et des points d’articulation activés par commande électrique ou pneumatique. Dans la nature, en revanche, un grand nombre de créatures navigue d’un habitat à un autre au moyen de corps souples – les vers de terre, les escargots, les larves d’insectes peuvent en effet se déplacer dans des environnements complexes en utilisant des stratégies variées. Jusqu’à récemment, les tentatives de fabriquer des robots souples étaient limitées par leur taille (généralement plusieurs dizaines de centimètres), principalement du fait des difficultés de gestion de l’énergie et de contrôle à distance.
Les LCE ou Elastomères cristallins liquides sont des matériaux intelligents qui présentent une grande capacité à changer de formes sous l’effet de la lumière visible. Grâce aux techniques récemment mises au point, il est possible de donner des formes arbitraires en trois dimensions à ces matériaux souples en pré-définissant le mode de mise en mouvement. La déformation activée par la lumière permet à la structure LCE monolithique de réaliser des actions complexes sans l’intervention de nombreux dispositifs discrets.
Les chercheurs de l’Université de Varsovie et leurs collègues du LENS en Italie et à Cambridge (Grande-Bretagne) ont donc développé des robots de la taille de chenilles d’insectes, constitués d’un élastomère liquide cristallin monolithique opto-mécanique (relatif à l’optique et la lumière). Le corps du robot est constitué d’une bande d’élastomère photo-sensible dont les molécules sont alignées selon un motif défini. En contrôlant le motif de déplacement de la déformation, le robot imite les différentes attitudes de ses cousins naturels. Il peut également grimper une pente, s’infiltrer dans une fissure, et déplacer des objets pesant jusqu’à dix fois son poids. Ceci démontre sa capacité à fonctionner (évoluer) dans des environnements difficiles et permet d’imaginer de potentielles futures applications.
« Concevoir des robots souples ouvre des paradigmes totalement inédits en ce qui concerne leurs mécaniques, l’alimentation électrique et leur contrôle. Nous n’en sommes qu’aux balbutiements en matière de connaissance de la nature et nous commençons seulement à modifier notre façon d’imaginer comment concevoir des modèles en se fondant sur ceux qui ont émergé des processus évolutifs naturels » déclare Piotr Wasylczyk, Directeur du Service de Nanostructure Photonique de la Faculté de Physique de l’Université de Varsovie (Pologne), et qui dirige ce projet. Les chercheurs espèrent que re-penser les matériaux, les techniques de fabrication, et les stratégies de conception devraient ouvrir de nouvelles opportunités en matière de robotique souple à des échelles micro et millimétriques, y compris en milieu liquide (à la fois sur et dans l’eau) ainsi qu’en milieu aérien.
Les recherches spécialisées sur les microstructures optiques et opto-mécaniques sont financées par le National Science Centre (Pologne) dans le cadre du projet « Guiding light the paths less frequented – optics of three dimensional photonic structures » (« Les structures photoniques tridimensionnelles : diriger la lumière vers les domaines les moins fréquentés de la recherche optique ».)
« Light-Driven Soft Robot Mimics Caterpillar Locomotion in Natural Scale », Mikołaj Rogóż, Hao Zeng, Chen Xuan, Diederik, Sybolt Wiersma, Piotr Wasylczyk, Advanced Optical Materials http://dx.doi.org/10.1002/adom.201600503
L’étude de la Physique et l’Astronomie a tout d’abord fait son apparition à l’Université de Varsovie en 1816, à l’époque de ce qu’était alors la Faculté de Philosophie. En 1825, l’Observatoire astronomique fut établi. Actuellement, les Instituts de la Faculté de Physique comprennent la Physique expérimentale, la Physique théorique, la Géophysique, le Département de méthodes mathématiques et l’Observatoire astronomique. Les recherches qui y sont menées couvrent quasiment tous les domaines de la physique moderne, de l’échelle quantique à la cosmologie. Le personnel recherche et enseignement de la Faculté représente environ 200 enseignants à l’Université, dont 88 sont employés au titre de Professeur. La Faculté de Physique, Université de Varsovie, accueille environ 1000 étudiants, et plus de 170 doctorants.
traduction Virginie Bouetel