One-Wheel Cubli, un robot qui garde l’équilibre avec un seul volant d’inertie

Des chercheurs de l’ETH Zurich ont développé un robot cubique capable de se maintenir en équilibre sur son pivot et de compenser les perturbations externes grâce à un seul volant d’inertie situé à l’intérieur du cube. Ce robot, baptisé One-Wheel Cubli (OWC), est une évolution du Cubli, un cube robotique présenté il y a dix ans par le professeur Raffaello D’Andrea et son équipe.

Fruit d’une évolution de plus de 10 ans

Le Cubli original disposait de trois volants d’inertie sur trois de ses faces, lui permettant de contrôler son orientation dans les trois axes (roulis, tangage et lacet). Le OWC contrôle deux axes (roulis et tangage) avec un seul volant d’inertie. Le cube tourne librement autour de son point de pivot sans contrôler le troisième axe (lacet). Le OWC fonctionne de manière sous-actionnée : il a plus de degrés de liberté que d’actionneurs. Au lieu de roues supplémentaires, il garde son équilibre à l’aide d’une perche de funambule.

Pour réaliser cet exploit, les chercheurs ont utilisé des algorithmes avancés basés sur la théorie du contrôle non linéaire et la géométrie différentielle. Ils ont également conçu un mécanisme innovant qui permet au volant d’inertie de changer rapidement sa vitesse angulaire sans endommager le moteur électrique qui l’entraîne. Le résultat est un robot capable de se stabiliser en quelques secondes après avoir été lancé manuellement ou perturbé par une force externe.

One-Wheel Cubli, des applications jusque dans le spatial

Le OWC présente plusieurs avantages par rapport au Cubli original. Il est plus simple à construire et à maintenir, car il nécessite moins de composants et moins d’énergie. Il est aussi plus agile et plus robuste face aux perturbations, car il peut utiliser son volant d’inertie pour générer des mouvements rapides et précis. Enfin, il offre une nouvelle possibilité pour étudier la dynamique et le contrôle des systèmes sous-actionnés.

Les chercheurs envisagent plusieurs applications potentielles pour le OWC. Par exemple, il pourrait servir de modèle pour concevoir des satellites sous-actionnés capables de s’orienter dans l’espace avec un minimum d’actionneurs. Il pourrait aussi être utilisé comme élément modulaire pour créer des structures robotiques complexes capables de changer leur forme et leur fonction selon les besoins.

Un article scientifique (consultable) publié dans la revue Mechatronics décrit le OWC en détails.