Une minifig Lego fabriquée à partir d’un nouveau matériau peut « fondre » à travers les barres métalliques d’une cage avant de se réassembler dans sa forme solide de l’autre côté.
Q.Wang et al., 2023
L’un des nombreux moments emblématiques de Terminator 2 : Le Jugement Dernier voyait le T-1000 se transformer brièvement en liquide pour passer à travers les barres métalliques le séparant de sa cible : un adolescent John Connor. Une équipe d’ingénieurs a imité cette célèbre scène avec un robot mou en forme de minifig Lego. Le robot « fond » sous forme liquide en réponse à un champ magnétique, suintant entre les barreaux de sa cage avant de se resolidifier de l’autre côté. L’équipe a décrit son travail dans un article récent publié dans la revue Matter.
Comme nous l’avons déjà signalé, nous pensons traditionnellement que les robots sont fabriqués à partir de matériaux durs et rigides, mais le sous-domaine de la robotique douce adopte une approche différente. Il cherche à construire des dispositifs robotiques à partir de matériaux plus flexibles qui imitent les propriétés de ceux trouvés chez les animaux vivants. Il y a d’énormes avantages à gagner en fabriquant tout le corps d’un robot à partir de matériaux souples, comme être suffisamment flexible pour se faufiler dans des espaces restreints pour chasser les survivants après une catastrophe. Les robots mous recèlent également un fort potentiel en tant que prothèses ou dispositifs biomédicaux. Même les robots rigides reposent sur certains composants souples, tels que des repose-pieds qui servent d’amortisseurs ou de ressorts flexibles pour stocker et libérer de l’énergie.
Par exemple, des chercheurs de Harvard ont construit en 2016 un robot souple inspiré de la pieuvre, entièrement construit à partir de matériaux flexibles. Les robots mous sont plus difficiles à contrôler précisément parce qu’ils sont très flexibles. Ainsi, pour « l’octobot », ils ont remplacé les circuits électroniques rigides par des circuits micro-fluidiques. De tels circuits régulent le débit d’eau (hydraulique) ou d’air (pneumatique), plutôt que d’électricité, à travers les microcanaux du circuit, permettant au robot de se plier et de se déplacer. En 2021, des ingénieurs de l’Université du Maryland ont construit une main robotique douce à trois doigts suffisamment agile pour pouvoir manipuler les boutons et le pavé directionnel d’une manette Nintendo, réussissant même à battre le premier niveau de Super Mario Bros. comme preuve de concept.
Ce dernier robot appartient à une classe connue sous le nom de machines miniatures à commande magnétique, généralement constituées de polymères mous (comme des élastomères ou des hydrogels) incrustés de particules ferromagnétiques qui ont des profils de magnétisation programmés. Ces types de robots peuvent nager, grimper, rouler, marcher et sauter, ainsi que changer de forme simplement en modifiant le champ magnétique correspondant. Cela les rend idéaux pour plusieurs applications biomédicales, telles que l’administration ciblée de médicaments et la thérapie pour la guérison des ulcères. Mais selon les auteurs du nouvel article de Matter, de tels composites à base d’élastomère sont difficiles à diriger dans des espaces très étroits et confinés où les ouvertures sont plus petites que les dimensions du matériau car ils sont essentiellement solides et ont donc une déformabilité limitée.
Désireux de trouver une solution, ils se sont tournés vers l’humble concombre de mer pour trouver l’inspiration. Les concombres de mer sont des créatures fascinantes avec des corps cylindriques mous et des bouches entourées de tentacules rétractables. Certaines espèces peuvent même vomir des toxines comme moyen de légitime défense. Mais c’est la remarquable capacité du concombre de mer à desserrer et resserrer à volonté le collagène qui forme les parois de son corps qui a intrigué ces ingénieurs. Cela permet au concombre de mer de « liquéfier » essentiellement son corps pour se faufiler à travers de minuscules fissures et crevasses, raccrochant ensuite toutes ces fibres de collagène pour former à nouveau un corps solide.
Le nouveau mini-robot est constitué de matière à transition de phase magnéto-active (MPTM), capable de basculer entre les états solide et liquide. Lorsque le MPTM est chauffé avec un champ magnétique alternatif, il fond dans un liquide, tandis que le refroidissement ambiant lui permet de se resolidifier lorsque le champ magnétique est supprimé. Les MPTM sont composés de microparticules ferromagnétiques de néodyme-fer-bore noyées dans du gallium pur. Le matériau résultant a un point de fusion de 30,6 ° C (environ 87 ° F), il reste donc solide à température ambiante. Dans sa forme solide, le MPTM a une excellente résistance mécanique, une capacité à supporter des charges élevées et une mobilité polyvalente. Dans sa phase liquide, les microparticules peuvent tourner et réorienter leur polarité magnétique pour s’allonger, se diviser et fusionner selon les besoins.
Démonstration du robot de soudage intelligent MPTM pour la réparation de circuits. Crédit : Q. Wang et al., 2023
« Les particules magnétiques ont ici deux rôles », a déclaré le co-auteur Carmel Majidi, ingénieur en mécanique à l’Université Carnegie Mellon. « La première est qu’ils rendent le matériau sensible à un champ magnétique alternatif, de sorte que vous pouvez, par induction, chauffer le matériau et provoquer le changement de phase. Mais les particules magnétiques donnent également aux robots la mobilité et la capacité de se déplacer en réponse au champ magnétique.