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Un doux

Feb 20, 2024

Andrew Corselli

Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont développé un dispositif de préhension robotique suffisamment doux pour ramasser une goutte d'eau, suffisamment solide pour ramasser un poids de 14,1 livres, suffisamment adroit pour plier un tissu et suffisamment précis pour ramasser des microfilms qui sont 20 fois plus fins qu’un cheveu humain.

En plus des applications possibles en matière de fabrication, les chercheurs ont également intégré au dispositif une technologie permettant de contrôler la pince par les signaux électriques produits par les muscles de l'avant-bras, démontrant ainsi son potentiel d'utilisation avec des prothèses robotisées.

"Il est difficile de développer une seule pince souple capable de manipuler des objets ultra-doux, ultra-fins et lourds, en raison des compromis entre résistance, précision et douceur", a déclaré l'auteur correspondant Jie Yin. "Notre conception atteint un excellent équilibre entre ces caractéristiques."

La conception des nouvelles pinces s'appuie sur une génération antérieure de pinces robotiques flexibles qui s'inspiraient de l'art du kirigami – similaire à l'origami mais impliquant à la fois la découpe et le pliage de feuilles de matériau bidimensionnelles pour former des formes tridimensionnelles.

"Nos nouvelles pinces utilisent également le kirigami, mais sont sensiblement différentes, car nous avons beaucoup appris de la conception précédente", a déclaré le co-auteur Yaoye Hong. "Nous avons pu améliorer la structure fondamentale elle-même, ainsi que la trajectoire des pinces, c'est-à-dire le chemin par lequel les pinces s'approchent d'un objet lorsqu'elles le saisissent."

"La force des pinces robotiques est généralement mesurée en termes de rapport charge utile/poids", a déclaré Yin. « Nos pinces pèsent 0,4 gramme et peuvent soulever jusqu'à [14,1 livres]. Cela représente un rapport charge utile/poids d'environ 16 000. C'est 2,5 fois plus élevé que le précédent record de rapport charge utile/poids, qui était de 6 400. Combinée à ses caractéristiques de douceur et de précision, la solidité des pinces suggère une grande variété d’applications.

Les chercheurs ont également intégré le dispositif de préhension à une main prothétique myoélectrique. "Cette pince offre une fonction améliorée pour les tâches difficiles à réaliser avec les dispositifs prothétiques existants, telles que fermer certains types de fermetures éclair, ramasser une pièce de monnaie, etc.", a déclaré la co-auteure Helen Huang.

"La nouvelle pince ne peut pas remplacer toutes les fonctions des mains prothétiques existantes, mais elle pourrait être utilisée pour compléter ces autres fonctions", a ajouté Huang. « Et l’un des avantages des pinces kirigami est qu’il n’est pas nécessaire de remplacer ou d’augmenter les moteurs existants utilisés dans les prothèses robotiques. Vous pouvez simplement utiliser le moteur existant lorsque vous utilisez les pinces.

Les tests de validation de principe ont démontré que les pinces kirigami pouvaient être utilisées conjointement avec la prothèse myoélectrique pour tourner les pages d'un livre et cueillir les raisins d'une vigne.

« Nous pensons que la conception de la pince a des applications potentielles dans des domaines allant des prothèses robotiques et de la transformation alimentaire à la fabrication pharmaceutique et électronique », explique Yin. « Nous sommes impatients de travailler avec des partenaires industriels pour trouver des moyens de mettre la technologie à profit. »

Yin s'est assis pour une interview exclusive de Tech Briefs, éditée pour plus de longueur et de clarté. Lire ci-dessous.

Fiches techniques: Quel a été le catalyseur de votre travail ?

Yin : L'année dernière, nous avons publié un article sur le kirigami. Dans ce travail, nous avons démontré que cette pince peut être utilisée comme une pince, et nous avons également démontré qu'elle peut soulever jusqu'à 500 grammes. C'est uniquement pour une utilisation manuelle — ou pour utiliser une main pour s'étirer et faire toutes les démonstrations — maintenant nous voulons penser à faire quelque chose de plus pratique, nous voulons étendre les applications pratiques. Par exemple, comment pouvons-nous intégrer les bras robotiques et même la prothèse, la main prothétique.

La première question est de savoir comment nous pouvons intégrer, et la seconde, plus fondamentale, est de savoir comment nous pouvons améliorer nos conceptions. Nous avons donc imaginé un nouveau design, inspiré de la vrille du concombre, car elle est courbée et la pointe est courbée. Nous utilisons une forme en X pour concevoir le ruban.