Vers des robots mous de nouvelle génération

Des physiciens ont découvert une nouvelle façon de recouvrir les robots mous de matériaux qui leur permettent de se déplacer et de fonctionner de manière plus ciblée. La recherche, menée par l’Université de Bath au Royaume-Uni, a fait début mars l’objet d’une publication dans Science Advances.

Une modélisation révolutionnaire de la “matière active”

Les auteurs pensent que leur modélisation révolutionnaire sur la “matière active” pourrait marquer un tournant dans la conception des robots. En développant ce concept, il sera possible de déterminer la forme, le mouvement et le comportement d’un solide mou. Et cela non par l’examen de son élasticité naturelle mais par l’activité contrôlée par l’homme sur sa surface.

La surface d’un matériau mou ordinaire se rétrécit toujours en une sphère. Pensez à la façon dont l’eau perle en gouttelettes : le perlage se produit parce que la surface des liquides et autres matériaux mous se contracte naturellement dans la plus petite surface possible – c’est-à-dire une sphère.

Mais la matière active peut être conçue pour agir contre cette tendance. Un exemple de cela en action serait une balle en caoutchouc enveloppée dans une couche de nano-robots. Les robots, programmés pour travailler à l’unisson, déformeraient la balle en une nouvelle forme prédéterminée (par exemple, une étoile).

La matière active, aux sources d’une nouvelle génération de machines

Les chercheurs espèrent que la matière active conduira à une nouvelle génération de machines. Leur fonctionnement venant ainsi du bas vers le haut. En effet, au lieu d’être régies par un contrôleur central – comme les bras robotiques d’aujourd’hui sont contrôlés dans les usines, ces nouvelles machines seraient constituées de nombreuses unités actives individuelles. Ces dernières coopèrant pour déterminer le mouvement et la fonction de la machine. Cela s’apparente au fonctionnement de nos propres tissus biologiques, tels que les fibres du muscle cardiaque.

En utilisant cette idée, les scientifiques ont pu concevoir des machines souples avec des bras en matériaux flexibles, alimentés par des robots intégrés dans leur surface. Ils pourraient également adapter la taille et la forme des capsules d’administration de médicaments ; par exemple en recouvrant la surface des nanoparticules d’un matériau réactif. Ce qui aurait un effet révolutionnaire sur la façon dont un médicament interagit avec les cellules du corps.

Les travaux sur la matière active remettent en cause l’hypothèse selon laquelle le coût énergétique de la surface d’un liquide ou d’un solide mou doit toujours être positif car une certaine quantité d’énergie est toujours nécessaire pour générer une surface.

Quand les robots mous font avancer les sciences naturelles

Le Dr Jack Binysh, premier auteur de l’étude, a déclaré: “La matière active nous fait voir les règles de la nature – comme le fait que la tension superficielle doit être positive – sous un nouveau jour. Voir ce qui se passe si nous enfreignons ces règles, et comment nous pouvons exploiter ces résultats, est un domaine passionnant pour faire de la recherche.”

L’auteur correspondant, le Dr Anton Souslov, a ajouté : “Cette étude a de nombreuses implications utiles. Par exemple, la technologie future pourrait produire des robots mous beaucoup plus spongieux. Ils seraient alors plus efficaces pour saisir et manipuler des matériaux délicats.”

Pour l’étude, les chercheurs ont développé une théorie et des simulations décrivant un solide mou 3D dont la surface subit des contraintes actives. Ils ont découvert que ces contraintes étendent la surface du matériau ; celui-ci entraînant le solide avec lui et provoquant un changement de forme global. Les chercheurs ont découvert que la forme précise adoptée par le solide pouvait alors être adaptée en modifiant les propriétés élastiques du matériau.

Dans la prochaine phase de ces travaux, qui a déjà débuté, les chercheurs appliqueront ce principe général pour concevoir des robots spécifiques. Tels que des bras souples ou des matériaux auto-nageants. Ils examineront également leur comportement collectif – par exemple, ce qui se passe en emballant ensemble de nombreux solides actifs.

© Jack Binysh, Bath University