Doter la robotique molle de robots durables, capables de ressentir la douleur et de s’auto-guérir
Lorsque les êtres humains ou les animaux sont blessés, par exemple lorsqu’ils se coupent, ils peuvent guérir avec le temps. Pour les robots, une défaillance signifie souvent qu’il faut changer des pièces. Or, outre l’impact sur l’environnement, ces pièces s’avèrent parfois coûteuses. Le projet SHERO, financé par l’UE, avait pour vision radicale de développer des dispositifs robotiques souples, entièrement autonomes et capables de s’auto-réparer. Cet objectif a été atteint en intégrant des matériaux fonctionnels, des capteurs intelligents et des capacités d’actionnement et de contrôle actifs dans des robots souples. «Notre objectif ambitieux consistait à développer des systèmes robotiques complets capables de ressentir la douleur, de réagir intelligemment pour la soulager, de prendre les mesures nécessaires pour guérir les dommages et restaurer toutes les fonctions, d’effectuer une rééducation et, enfin, de retourner à leurs activités», explique Bram Vanderborght, coordinateur du projet à la Vrije Universiteit Brussel et à l’Institut de micro-électronique et composants (imec), un centre d’innovation de premier plan dans le domaine de la nanoélectronique et des technologies numériques. SHERO a adopté une approche intégrée sans précédent qui s’appuie sur plusieurs innovations technologiques essentielles sur la chaîne de valeur.
Le potentiel des robots souples
«La nécessité de disposer de robots capables d’interagir en toute sécurité avec les êtres humains et les objets délicats a conduit à l’émergence rapide du domaine de la “robotique molle” dans les universités et les industries», explique Bram Vanderborght. Les robots mous sont construits à partir de matériaux souples, tels que les silicones et les polyuréthanes. Ils sont utilisés dans différents secteurs en tant que préhenseurs et manipulateurs, car ils sont en mesure de travailler avec des objets flexibles et délicats. Le matériau souple utilisé pour ces robots est toutefois très sensible aux dommages, ce qui limite fortement leur durée de vie. «Par ailleurs, la plupart des matériaux flexibles présentent un faible potentiel de recyclage», ajoute Bram Vanderborght.
Concrétiser une vision
L’utilisation de polymères auto-cicatrisants constitue une solution possible pour améliorer l’usage des robots souple. Cependant, ces matériaux ne sont pas tous adaptés à la robotique molle. Les liaisons covalentes dynamiques, comme les réseaux élastomères reposant sur la méthode Diels-Alder (DA), ont été jugées appropriées. «Dans le cadre de ce projet, nous avons synthétisé et caractérisé des réseaux de polymères auto-cicatrisants en utilisant la DA, des réseaux à base de liaisons hydrogène et des réseaux s’appuyant sur la réaction d’échange des vitrimères», explique Bram Vanderborght. En outre, la synthèse et la caractérisation de réseaux réversibles avec des fonctionnalités supplémentaires ont été réalisées en utilisant des particules conductrices dans des polymères auto-cicatrisants pour développer des capteurs intégrés et des charges magnétiques. «Pour aller au-delà de l’état de l’art en matière de fabrication et répondre aux différents besoins industriels, nous avons mis au point des techniques de traitement spécifiques utilisant les méthodes de fabrication additive, mais aussi le moulage, le coulage, la découpe laser et le soudage», ajoute Bram Vanderborght. Ces matériaux et techniques de traitement innovants ont été présentés dans plusieurs démonstrateurs de robotique molle, dont un robot préhenseur. La pince robotisée, composée de matériaux aux propriétés mécaniques différentes et dotée d’une commande intelligente, a été endommagée dans des conditions contrôlées. Les résultats ont montré que le robot était capable de guérir puis de reprendre ses tâches initiales.
Une nouvelle forme de confiance dans les produits de l’UE
«Nos matériaux auto-cicatrisants innovent avant tout en augmentant la réutilisation des produits existants grâce à l’allongement de leur durée de vie. Outre le fait qu’ils sont recyclables», souligne Bram Vanderborght. SHERO apporte ainsi sa pierre au plan d’action européen sur l’économie circulaire afin de bâtir une Europe plus propre et plus compétitive. «Grâce à ses robots souples auto-réparateurs, SHERO suscitera une nouvelle forme de confiance dans les produits de l’UE, dans la mesure où leur performance fonctionnelle ne dépendra plus, comme c’était le cas jusqu’à présent, d’une détection et d’une intervention humaines pour la réparation», conclut Bram Vanderborght. En ce qui concerne les prochaines étapes, le projet est actuellement en train de perfectionner sa technologie et d’étudier quels autres domaines d’application, au-delà des robots mous, sont susceptibles d’en tirer profit.
Mots‑clés
SHERO, robots souples, robotique molle, polymères auto-cicatrisants, robots auto-cicatrisants, pince robotique, fabrication additive, plan d’action européen sur l’économie circulaire
