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Nov 26, 2023

Le robot souple détecte les dommages et se soigne lui-même

Les chercheurs ont installé SHeaLDS - des guides de lumière auto-cicatrisants pour la détection dynamique -

Les chercheurs ont installé SHeaLDS - des guides de lumière auto-cicatrisants pour la détection dynamique - dans un robot souple ressemblant à une étoile de mer à quatre pattes et équipé d'un contrôle de rétroaction. Après que les chercheurs aient perforé l'une de ses jambes, le robot a pu détecter les dommages et auto-guérir les coupures.

Si les robots vont s'aventurer dans des environnements éloignés que les humains ne peuvent pas atteindre, comme les fonds sous-marins ou l'espace extra-atmosphérique lointain, ils n'auront pas seulement besoin d'énergie et d'un moyen pour s'y rendre. Ils devront également prendre soin d'eux-mêmes.

À cette fin, une équipe dirigée par Rob Shepherd, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à Cornell Engineering, a combiné des capteurs optiques avec un matériau composite pour créer un robot souple capable de détecter quand et où il a été endommagé – puis de se réparer lui-même sur le place.

Leur article, "Autonomous Self-Healing Optical Sensors for Damage Intelligent Soft-Bodied Systems", a été publié le 7 décembre dans Science Advances. L'auteur principal est le doctorant Hedan Bai.

"Notre laboratoire essaie toujours de rendre les robots plus durables et agiles, afin qu'ils fonctionnent plus longtemps avec plus de capacités", a déclaré Shepherd. "Le fait est que si vous faites fonctionner des robots pendant une longue période, ils vont accumuler des dégâts. Et alors, comment pouvons-nous leur permettre de réparer ou de gérer ces dégâts ?"

La première étape pour qu'une telle réparation se produise est que le robot doit être capable d'identifier qu'il y a, en fait, quelque chose qui doit être réparé.

Pendant des années, le laboratoire de robotique organique de Shepherd a utilisé des capteurs à fibre optique extensibles pour rendre les robots mous et les composants associés - de la peau à la technologie portable - aussi agiles et pratiques que possible.

Dans les capteurs à fibre optique, la lumière d'une LED est envoyée à travers un guide d'ondes optique, et une photodiode détecte les changements d'intensité du faisceau pour déterminer quand le matériau est déformé. L'une des vertus de la technologie est que les guides d'ondes sont toujours capables de propager la lumière s'ils sont percés ou coupés.

Les chercheurs ont combiné les capteurs avec un élastomère polyuréthane-urée qui incorporait des liaisons hydrogène, pour une cicatrisation rapide, et des échanges disulfure, pour la résistance.

Les SHeaLDS qui en résultent (guides de lumière auto-cicatrisants pour la détection dynamique) fournissent une détection dynamique fiable, résistent aux dommages et peuvent s'auto-réparer des coupures à température ambiante sans aucune intervention extérieure.

Pour démontrer la technologie, les chercheurs ont installé le SHeaLDS dans un robot mou ressemblant à une étoile de mer à quatre pattes et équipé d'un contrôle par rétroaction. Après que les chercheurs aient perforé l'une de ses jambes six fois au total, le robot a pu détecter les dommages et auto-guérir chaque coupure en une minute environ. Le robot pourrait également adapter sa démarche de manière autonome en fonction des dommages qu'il détecte.

Bien que le matériau soit solide, il n'est pas indestructible.

"Ils ont des propriétés similaires à la chair humaine", a déclaré Shepherd. "Vous ne guérissez pas bien des brûlures, ou des choses avec de l'acide ou de la chaleur, car cela changera les propriétés chimiques. Mais nous pouvons faire un bon travail de guérison des coupures."

Shepherd prévoit d'intégrer le SHeaLDS à des algorithmes d'apprentissage automatique qui reconnaissent les événements tactiles pour éventuellement créer "un robot très endurant qui a une peau auto-cicatrisante, mais utilise la même peau pour ressentir son environnement afin de pouvoir effectuer plus de tâches".

Le doctorant Young Seong Kim est co-auteur de l'article.

La recherche a été soutenue par l'Air Force Office of Scientific Research, le programme de concepts innovants et avancés de la NASA et le programme EFRI de la National Science Foundation.

Les chercheurs ont utilisé la Cornell NanoScale Facility, membre de la National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, qui est soutenue par la NSF ; le Cornell Center for Materials Research, soutenu par le programme MRSEC de la NSF ; et le Cornell Energy Systems Institute.

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