Un robot souple qui pratique la nage papillon pour se déplacer à une vitesse inégalée
Des scientifiques s’inspirent régulièrement du monde naturel pour améliorer les performances des robots, et lorsqu’il s’agit de robots mous qui nagent, le mouvement dans l’océan est une riche source d’inspiration. La dernière création en date dans ce domaine est un robot souple inspiré de la raie manta qui “imite” la nage papillon des humains pour se déplacer dans l’eau à grande vitesse. Ce serait ainsi le plus rapide des robots à se déplacer dans l’eau.
Les méduses, les tortues, les thons et de nombreuses autres créatures marines ont inspiré des robots mous qui confèrent différentes capacités dans des environnements aquatiques, mais les scientifiques de l’université d’État de Caroline du Nord (NC State/ Etats-Unis) ont abordé leur travail avec un besoin de vitesse.
GIF du butterfly bot en action (vidéo plus bas). (Yinding Chi et col./ Science Advances)
Selon Jie Yin, auteur de l’étude et professeur associé de génie mécanique et aérospatial à la NC State :
Jusqu’à présent, les robots mous nageurs n’ont pas été capables de nager plus vite qu’une longueur de corps par seconde, mais les animaux marins, comme les raies mantas, sont capables de nager beaucoup plus vite, et beaucoup plus efficacement. Nous avons voulu nous inspirer de la biomécanique de ces animaux pour voir si nous pouvions développer des robots mous plus rapides et plus économes en énergie. Les prototypes que nous avons développés fonctionnent exceptionnellement bien.
il y a déjà eu des robots mous inspirés de la raie Manta, certains utilisant des mécanismes de battement pour imiter leur efficace propulsion, et d’autres s’appuyant sur des systèmes passifs avec des nageoires flexibles pour se déplacer plus naturellement avec l’eau. L’équipe de la NC State a en fait construit deux versions de son robot, toutes deux conçues autour d’un corps en silicone souple qui peut être gonflé et dégonflé à l’aide d’un interrupteur.
A partir de l’étude : Robot de natation souple bistable à ailettes battantes en forme de papillon. (A) Schéma du robot de natation souple bistable proposé. L’encart montre la nage papillon. (B) Images en vue latérale à intervalles réguliers des mouvements de natation représentatifs du nageur bistable d’une envergure de S = 150 mm pendant un cycle de nage descendante et ascendante. Les encarts montrent les postures de nage schématiques de l’homme pour la nage papillon (32). (C) Le mouvement du CoM suivi de son corps mou. (D) Profil de vitesse du nageur souple bistable ressemblant à un papillon. (Yinding Chi et col./ Science Advances)
Ce faisant, les ailes fixées au corps gonflable passent d’un état stable à l’autre, à la manière d’une pince à cheveux qui s’ouvre et se ferme lorsqu’on lui applique une énergie suffisante. Lorsque le corps est gonflé et dégonflé, les ailes se déplacent d’avant en arrière pour générer une propulsion similaire, selon les chercheurs, au mouvement des bras d’une personne lors d’une nage papillon.
Selon Yin :
La plupart des précédentes tentatives de développement de robots battants se sont concentrées sur l’utilisation de moteurs pour fournir de l’énergie directement aux ailes. Notre approche utilise des ailes bistables qui sont actionnées passivement par le mouvement du corps central. Il s’agit d’une distinction importante, car elle permet une conception simplifiée, ce qui réduit le poids.
La version la plus rapide du « butterfly bot » (robot papillon) utilise le corps souple comme une seule unité d’entraînement, contrôlant les deux ailes à la fois pour une vitesse maximale. Cela lui permet de se déplacer à une vitesse moyenne de 3,74 longueurs de corps par seconde, soit environ quatre fois plus vite que ce qui était auparavant possible pour les robots nageurs mous, selon l’équipe. Un deuxième robot construit pour la maniabilité utilise deux unités d’entraînement pour contrôler l’une ou l’autre aile, ce qui lui permet d’effectuer des virages serrés. Cependant, cette version plus agile était toujours capable de se déplacer à une vitesse de 1,7 longueur de corps par seconde.
Selon Yin :
Ce travail est une preuve de concept passionnante, mais il a des limites. Le plus évident est que les prototypes actuels sont attachés par des tubes minces, que nous utilisons pour pomper l’air dans les corps centraux. Nous travaillons actuellement à la mise au point d’une version autonome et non attachée.
L’étude publiée dans Science Advances : Snapping for high-speed and high-efficient butterfly stroke–like soft swimmer et présentée sur le site de l’Université d’État de la Caroline du Nord : ‘Butterfly Bot’ is Fastest Swimming Soft Robot Yet.