Le robot tentacule peut saisir doucement des objets fragiles

Si vous avez déjà joué au jeu des griffes dans une salle d'arcade, vous savez à quel point il est difficile de saisir et de retenir des objets à l'aide de pinces robotiques. Imaginez à quel point ce jeu serait encore plus angoissant si, au lieu d'animaux en peluche, vous essayiez de récupérer un morceau fragile de corail en voie de disparition ou un artefact inestimable d'un navire coulé.

La plupart des préhenseurs robotiques actuels s'appuient sur des capteurs intégrés, des boucles de rétroaction complexes ou des algorithmes avancés d'apprentissage automatique, combinés aux compétences de l'opérateur, pour saisir des objets fragiles ou de forme irrégulière. Mais des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont démontré un moyen plus simple.

S'inspirant de la nature, ils ont conçu un nouveau type de pince robotique souple qui utilise une collection de fins tentacules pour emmêler et piéger les objets, de la même manière que les méduses collectent leurs proies étourdies. Seuls, les tentacules individuels, ou filaments, sont faibles. Mais ensemble, l’ensemble des filaments peut saisir et maintenir en toute sécurité des objets lourds et de forme étrange. La pince repose sur un simple gonflage pour envelopper les objets et ne nécessite pas de détection, de planification ou de contrôle par rétroaction.

La recherche a été publiée dans les Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS).

"Avec cette recherche, nous voulions réinventer la façon dont nous interagissons avec les objets", a déclaré Kaitlyn Becker, ancienne étudiante diplômée et boursière postdoctorale à SEAS et première auteure de l'article. "En tirant parti de la souplesse naturelle de la robotique douce et en l'améliorant avec une structure conforme, nous avons conçu une pince supérieure à la somme de ses parties et une stratégie de préhension capable de s'adapter à une gamme d'objets complexes avec un minimum de planification et de perception. .»

Becker est actuellement professeur adjoint de génie mécanique au MIT.

La force et l'adaptabilité de la pince proviennent de sa capacité à s'emmêler avec l'objet qu'elle tente de saisir. Les filaments d’un pied de long sont des tubes creux en caoutchouc. Un côté du tube est doté d'un caoutchouc plus épais que l'autre, de sorte que lorsque le tube est sous pression, il s'enroule comme une queue de cochon ou comme des cheveux lissés un jour de pluie.

Les boucles se nouent et s’emmêlent entre elles et avec l’objet, chaque enchevêtrement augmentant la force de la prise. Même si la prise collective est forte, chaque contact est individuellement faible et n'endommagera pas même l'objet le plus fragile. Pour libérer l'objet, les filaments sont simplement dépressurisés.

Un gros plan des filaments de la pince s’enroulant autour d’un objet. (Crédit : Laboratoire de microrobotique de Harvard/Harvard SEAS)

La pince s'enroulant autour d'une succulente. (Crédit : Laboratoire de microrobotique de Harvard/Harvard SEAS)

Les chercheurs ont utilisé des simulations et des expériences pour tester l’efficacité de la pince, en ramassant une gamme d’objets, notamment diverses plantes d’intérieur et jouets. La pince pourrait être utilisée dans des applications réelles pour saisir des fruits et légumes mous destinés à la production et à la distribution agricoles, des tissus délicats en milieu médical, voire des objets de forme irrégulière dans les entrepôts, tels que la verrerie.

Cette nouvelle approche de la préhension combine les recherches du professeur L. Mahadevan sur la mécanique topologique des filaments enchevêtrés avec les recherches du professeur Robert Wood sur les pinces robotiques souples.

"L'intrication permet à chaque filament hautement conforme de se conformer localement à un objet cible, conduisant à une compréhension topologique sûre mais douce, relativement indépendante des détails de la nature du contact", a déclaré Mahadevan, professeur Lola England de Valpine de mathématiques appliquées en SEAS, et de biologie organisationnelle et évolutive, et de physique du SAF et auteur co-correspondant de l'article.

"Cette nouvelle approche de la préhension robotique complète les solutions existantes en remplaçant les pinces simples et traditionnelles qui nécessitent des stratégies de contrôle complexes par des filaments extrêmement conformes et morphologiquement complexes qui peuvent fonctionner avec un contrôle très simple", a déclaré Wood, professeur d'ingénierie Harry Lewis et Marlyn McGrath. et sciences appliquées et auteur co-correspondant de l’article. "Cette approche élargit la gamme de ce qu'il est possible de saisir avec des pinces robotisées."