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La mésogelée et la propulsion céphalopode inspirent la robotique molle - Par : Hanen Hattab,

La mésogelée et la propulsion céphalopode inspirent la robotique molle


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

La robotique molle est un domaine récent et en pleine expansion. Ses défis consistent, aujourd’hui, à développer des dispositifs pour les domaines de la médecine. Le prototypage rapide et le développement de matières molles intelligentes, comme les polymères électroactifs, ont permis très récemment la création de robots bioniques autonomes, aux mouvements de plus en plus complexes et précis. Une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a conçu un robot dont la matérialité pourra inspirer en outre diverses applications militaires sous-marines.

Les ingénieurs du MIT ont fabriqué des robots transparents à base de gel qui se déplacent lorsque l’eau est pompée dans leurs structures internes. Ces petites créatures peuvent effectuer un certain nombre de tâches rapides et énergiques, comme donner un coup de pied à une balle sous l’eau, ou saisir et relâcher un poisson vivant.

Conception d’une structure en hydrogel bio-inspirée

Les robots sont faits entièrement d’hydrogel, un matériau dur, caoutchouteux, presque transparent et composé principalement d’eau. Ils sont munis de bras tentaculaires. Chaque membre est une  forme articulée en hydrogel creuse reliée à un tube en caoutchouc. Lorsque l’on pompe de l’eau dans ces robots, ils se gonflent de l’intérieur rapidement selon des orientations qui permettent aux tentacules de se recourber ou de s’étirer, ce qui leur donne un aspect hyperréaliste saisissant. Il est évident que ce type de mouvements a été inspiré de la nage des nautilus, des cnidaires et des céphalopodes. En effet, pour se déplacer, ces derniers aspirent l’eau vers eux pour aller de l’avant. Ce mouvement de propulsion est favorisé par leur matière gélatineuse très souple et résistante. La substance corporelle de la méduse est par exemple composée à 98 % d’eau. Elle lui permet de se mouvoir sans dépenser beaucoup d’énergie parce qu’elle a presque la même densité que l’eau. Elle subit de fait moins de résistance lors de la propulsion.

Pour créer l’hydrogel, l’équipe du MIT s’est, en effet, inspirée des propriétés structurelles de la mésogelée, la substance gélatineuse transparente qui constitue le leptocéphale (la larve de l’anguille) et les méduses aussi. Depuis les cinq dernières années, ces chercheurs ont fabriqué plusieurs types d’hydrogels en variant les combinaisons entre l’eau et différents polymères. Ils ont également doté ces hydrogels de propriétés d’adhésion à diverses surfaces telles que le verre, le métal, la céramique et le caoutchouc. Ils ont réussi à créer des matériaux qui se lient fortement et qui résistent au pelage. Leur étude sur la conception des matériaux spécifiques aux robots mous et aux structures tentaculaires est intitulée : Hydraulic hydrogel actuators and robots optically and sonically camouflaged in water. Elle a été publiée le 1er février 2017 dans la revue scientifique Nature Communications. Les chercheurs qui ont participé à cette étude sont : Hyunwoo Yuk, Shaoting Lin, Chu Ma, Mahdi Takaffoli, Nicolas X. Fang et Xuanhe Zhao. Outre la composition chimique de l’hydrogel, la recherche a déterminé les types de techniques d’impression 3D et de découpages laser nécessaires à la fabrication des structures tentaculaires des robots hydrogel.

Pour actionner ou déplacer les bras, l’équipe a utilisé des pompes à seringue qui injectent de l’eau à l’intérieur de structures creuses. Le flux d’eau permet d’enrouler ou d’étirer rapidement les bras, selon la configuration globale du robot. Xuanhe Zhao, professeur agrégé en génie mécanique, et génie civil et de l’environnement au MIT, qui dirige cette recherche, et l’étudiant Hyunwoo Yuk ont découvert qu’en pompant de l’eau, ils pouvaient produire des réactions rapides et fortes, permettant à un robot hydrogel de générer une force de quelques newtons en une seconde.

Les tests effectués sur ces robots ont démontré qu’ils sont capables de résister à 1000 cycles de mouvement sans rupture ni déchirure. Ils ont permis aussi de constater que les designs proposés, placés dans des bassins ayant un fond de différentes couleurs, sont tous presque imperceptibles. En mesurant les propriétés acoustiques et optiques des robots hydrogel, les chercheurs ont aussi noté qu’elles sont presque égales à celles de l’eau, contrairement au caoutchouc et aux autres matériaux couramment utilisés dans la robotique molle.

Perspectives et applications

La quasi-similarité de cet hydrogel avec la mésogelée transparente rend possible la fabrication d’avatars dotés d’excellentes propriétés de camouflage optique et sonore pour les domaines de l’espionnage et du contre-espionnage en milieux aquatiques. Yuk et Zhao travaillent actuellement sur l’adaptation des robots mous aux applications médicales. La biocompatibilité, la souplesse et la structure aqueuse de cet hydrogel permettent la fabrication d’outils aux interfaces sures, qui conviennent aux organismes les plus fragiles. D’ailleurs, lorsque les chercheurs ont expérimenté la saisie du poisson, ils ont noté qu’un bras de la robotique classique l’aurait écrasé.

Cette recherche a été financée en partie par le Bureau de recherche navale, le MIT Institute for Soldier Nanotechnologies et la National Science Foundation.

 

 

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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