Les surhumains n’existent pas dans le monde réel, mais un jour vous pourriez voir des super robots. Évidemment, il est possible de créer des robots plus forts, plus rapides et meilleurs que les humains, mais pensez-vous qu’il y a une limite à ce que nous pouvons faire pour les améliorer ?
Grâce aux développements en cours en science des matériaux et en robotique douce, les scientifiques développent aujourd’hui de nouvelles technologies qui pourraient permettre aux futurs robots de repousser les limites de la biologie non humaine. Par exemple, une équipe de chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder a récemment développé un matériau qui pourrait donner naissance à des robots mous capables de sauter 200 fois au-dessus de leur propre épaisseur. Les sauterelles, l’un des sauteurs les plus étonnants sur Terre, ne peuvent sauter dans les airs que jusqu’à 20 fois la longueur de leur corps.
Bien qu’ils soient plus performants que les insectes, les chercheurs à l’origine du matériau de saut caoutchouteux affirment s’être inspirés des sauterelles. Semblable à l’insecte, le matériau stocke de grandes quantités d’énergie dans la zone, puis la libère en une seule fois lors d’un saut.
Découvert par hasard
Le film caoutchouteux est composé d’élastomères à cristaux liquides (LCE), des matériaux spéciaux composés de réseaux de polymères réticulés. Ceux-ci présentent les propriétés des élastomères (utilisés pour fabriquer des pneus, des adhésifs et des robots mous) et des cristaux liquides (utilisés pour fabriquer des écrans de télévision, des muscles artificiels et des microbots) et sont très sensibles à différents stimuli externes. Dans l’ensemble, les LCE sont des actionneurs plus solides, plus flexibles et meilleurs que les élastomères conventionnels.
Le premier auteur de l’étude, Tayler Hebner, et ses collègues examinaient les LCE et leur capacité à changer de forme. Ils n’avaient pas l’intention de créer un robot sauteur à cette époque, mais ils ont observé un comportement intéressant des LCE. « Nous étions juste en train de regarder l’élastomère à cristaux liquides posé sur la plaque chauffante en nous demandant pourquoi il ne prenait pas la forme que nous attendions. Il a soudainement sauté de la phase de test sur le comptoir », a déclaré Hebner dans un communiqué de presse.
En entrant en contact avec l’endroit chaud, le matériau s’est d’abord déformé et retourné, puis soudainement, dans les six millisecondes suivantes, il a bondi dans les airs à une hauteur d’environ 200 fois son épaisseur.
Les chercheurs ont réalisé que les LCE réagissent à la chaleur, ce qui a conduit au développement du matériau ressemblant à une sauterelle. Tout en commentant ces résultats, Hamed Shahsavan, un expert en science des matériaux à l’Université de Waterloo qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré à Ars Technica : « Les LCE réagissent généralement à la chaleur ou à la lumière. Ce travail utilise également la chaleur pour générer l’énergie nécessaire à la déformation et au saut des LCE.
Qu’est-ce qui fait sauter le matériau?
Selon les chercheurs, le matériau semblable à une sauterelle est composé de trois couches d’élastomère et de cristaux liquides. Lorsque le matériau est chauffé, les couches d’élastomère commencent à se rétracter mais la vitesse de rétraction est plus rapide dans les deux couches supérieures, qui sont moins rigides que la couche inférieure. Pendant ce temps, les cristaux liquides commencent également à se contracter. À la suite de ces changements disproportionnés, une formation en forme de cône apparaît près des jambes à l’arrière du corps du robot.
Le robot a quatre pattes attachées à ses quatre côtés d’angle : deux pattes courtes à l’avant et deux pattes longues à l’arrière. Selon les chercheurs, par rapport aux pattes courtes, les pattes arrière plus longues offrent un point de contact plus élevé, ce qui permet à la force d’enclenchement de soulever le matériau à l’angle souhaité.
Une grande quantité d’énergie est stockée dans le cône, ce qui entraîne une instabilité mécanique du film. Au fur et à mesure que le LCE est chauffé, la formation en forme de cône s’inverse rapidement et le matériau est projeté dans les airs. Les auteurs de l’étude notent: «L’emballage concentrique de l’orientation dans chacun des LCE programme un changement de forme directionnel en un cône. Cependant, il a été démontré que la variation de la réponse du LCE et les propriétés mécaniques des matériaux introduisent une instabilité temporelle qui se manifeste par une rupture dans un film autoportant.
Les chercheurs affirment qu’ils peuvent modifier la configuration de leur matériau de saut de manière à ce qu’il saute en refroidissant au lieu de chauffer. De plus, ils peuvent facilement contrôler la direction dans laquelle le matériau saute en modifiant l’alignement de ses pattes. Shahsavan suggère que de tels LCE pourraient être utilisés pour fabriquer une variété de robots et d’appareils mobiles mobiles.
Il a ajouté: «Le confinement du mécanisme de saut montré dans cette étude fournit une grande quantité de densité de production d’énergie qui peut être récoltée pour la fonctionnalité de support de charge des robots mous à petite échelle. Le saut peut également être utilisé pour la locomotion de petits robots sur des terrains accidentés, soit directement, soit en tant que mécanisme auxiliaire d’autres mécanismes de locomotion tels que marcher, ramper, avancer lentement, etc.
Les LCE ont été découverts il y a environ 42 ans par un chimiste nommé Heino Finkelmann, mais c’est probablement la première fois que des scientifiques reconnaissent leurs extraordinaires capacités de saut. Le matériau semblable à une sauterelle qui en résulte pourrait fournir un puissant moyen de mobilité pour la robotique douce.
Science Advances, 2023. DOI : https://doi.org/10.1126/sciadv.ade1320 (À propos des DOI)
Rupendra Brahambhatt est une journaliste et cinéaste expérimentée. Il couvre l’actualité scientifique et culturelle et, au cours des cinq dernières années, il a travaillé activement avec certaines des agences de presse, magazines et marques médiatiques les plus innovantes opérant dans différentes parties du monde.