đŸ€– Les Robogamis sont les vĂ©ritables hĂ©ritiers des terminators et des transformers

Demandez Ă  n’importe qui quelle image vous vient Ă  l’esprit quand vous dites le mot  » robot « , et il ne fait aucun doute que vous recevrez des rĂ©ponses inspirĂ©es par la culture populaire. Par exemple, le liquid metal, le T-1000 changeant de forme du film Terminator 2 : Judgment Day (1991) ; ou Optimus Prime, le leader des Autobots et le personnage principal des films Transformers (2014-). Et qui peut oublier les donnĂ©es de Star Trek : The Next Generation (1987-94), une version cybertronique de Pinocchio, qui cherche Ă  devenir plus humain ?

Ces exemples (et d’innombrables autres) partagent les caractĂ©ristiques humanoĂŻdes intĂ©grĂ©es dans leurs conceptions. Quand Optimus n’est pas un camion, il a des bras et des jambes. La forme par dĂ©faut du T-1000 apparaĂźt comme un humain. Data a Ă©tĂ© modelĂ© d’aprĂšs son crĂ©ateur trĂšs humain. Selon les normes hollywoodiennes, la forme ultime de la technologie robotique serait extĂ©rieurement indiscernable des humains eux-mĂȘmes.

Notre imagination est libre, mais les dĂ©fis technologiques limitent encore la crĂ©ation de robots qui imitent parfaitement les conventions humanoĂŻdes du monde rĂ©el. Jamie Paik* a nĂ©anmoins essayĂ© de se montrer Ă  la hauteur de la tĂąche. Ses Ă©tudes en gĂ©nie mĂ©canique l’ont permis de poursuivre sa quĂȘte pour concevoir des mĂ©canismes aux paramĂštres difficiles. L’un d’entre eux Ă©tait la conception d’un simulateur de la motricitĂ© oculaire humaine. Non, ce n’Ă©tait pas un projet de fabrication d’un composant Terminator, mais plutĂŽt un effort pour comprendre et simuler le comportement de l’Ɠil humain.

Il fallait pour cela concevoir un systĂšme oculaire qui effectue un mouvement saccadĂ© – un mouvement rapide et simultanĂ© de deux yeux dans la mĂȘme direction avec une vitesse de pointe de plus de 500 degrĂ©s par seconde (oui, nous, les humains, faisons cela). Comme les yeux humains, le systĂšme mĂ©canique fonctionnerait selon trois degrĂ©s de libertĂ© de rotation (DoF) indĂ©pendants. Nos yeux se dĂ©placent non seulement de haut en bas et de gauche Ă  droite, mais ils prĂ©sentent Ă©galement des mouvements de torsion. L’intĂ©gration de toutes les piĂšces Ă©lectriques et mĂ©caniques, y compris les articulations, les liens et les moteurs, dans un systĂšme intĂ©grĂ© a Ă©tĂ© un dĂ©fi. Et tout cela pour une tĂąche trĂšs dĂ©finie et singuliĂšre.

Quelques autres types de robots d’inspiration humanoĂŻde ont suivi. Et bien qu’il ait rĂ©ussi Ă  satisfaire l’objectif immĂ©diat, quel qu’il soit, ses robots avaient des limites. Par exemple, il a conçu une main robotisĂ©e de 8-DoF et un bras de 7-DoF (pesant ensemble 3,7 kg, comparable Ă  celui des humains) qui restaient assez flexibles pour saisir et lancer une balle de baseball, mais qui ne pouvaient pas ramasser une piĂšce de monnaie. Elle pouvait serrer la main avec une forte prise, mais elle ne pouvait pas jouer une guerre des pouces.

Les membres qu’il crĂ©ait Ă©taient, en somme, limitĂ©s dans leur fonction. Ils avaient un nombre fixe d’articulations et d’actionneurs, ce qui signifie que leur fonctionnalitĂ© et leur forme Ă©taient limitĂ©es dĂšs leur conception. Pensez Ă  cette main robotisĂ©e : elle avait des articulations et des moteurs qui lui permettaient de frapper une balle, mais elle n’Ă©tait pas adaptĂ©e pour faire des Ɠufs brouillĂ©s. Mais s’il y avait une variĂ©tĂ© infinie de tĂąches, cela exigerait-il une variĂ©tĂ© infinie de combinaisons ?

Le monde illimitĂ© que l’on voit dans des films tels que Big Hero 6 (2014), mettant en scĂšne des microbots, semblait bien loin quand il a rĂ©alisĂ© qu’il existait dĂ©jĂ  une plateforme de conception flexible et polyvalente. Cette mĂ©thode qui consiste Ă  prendre le mĂȘme composant de base et Ă  l’utiliser pour crĂ©er de nombreuses formes distinctes et spĂ©cifiques est pratiquĂ©e depuis longtemps. Cela s’appelle l’origami (et je vous en parle depuis le dĂ©but du blog ici).

Qui n’a pas fait un avion, un bateau ou une grue en papier Ă  partir d’une feuille de papier ? L’origami est une plateforme dĂ©jĂ  existante et trĂšs polyvalente pour les designers. A partir d’une seule feuille, on peut rĂ©aliser de multiples formes et, si vous n’aimez pas, vous dĂ©pliez et repliez Ă  nouveau (voici une vidĂ©o de tous les origamis jusqu’aux plus complexes). En fait, les mathĂ©matiques ont prouvĂ© que toute forme 3D peut ĂȘtre rĂ©alisĂ©e Ă  partir de surfaces 2D pliĂ©es.

Cela pourrait-il s’appliquer Ă  la conception robotique ? Imaginez un module robotique qui utiliserait des formes polygonales pour construire de multiples formes diffĂ©rentes afin de crĂ©er de nombreux robots pour de nombreuses tĂąches diffĂ©rentes. De plus, imaginez avoir une feuille intelligente qui pourrait se plier d’elle-mĂȘme en n’importe quelle forme, selon les besoins de l’environnement.

Il a fabriquĂ© son premier robot en origami, que j’ai appelĂ©  » robogami « , il y a environ 10 ans. C’Ă©tait un ĂȘtre simple, un robot Ă  feuille plate, qui pouvait se transformer en pyramide, puis en feuille plate, et enfin en navette spatiale.

Ses recherches, menĂ©es avec l’aide d’Ă©tudiants au doctorat et d’un chercheur postdoctoral, ont progressĂ© depuis lors, et une nouvelle gĂ©nĂ©ration de robogamis voit maintenant le jour. Cette nouvelle gĂ©nĂ©ration de robogamis a un but : par exemple, l’un d’entre eux peut naviguer sur diffĂ©rents terrains de maniĂšre autonome. Sur des terrains secs et plats, il peut ramper. S’il rencontre soudainement un terrain accidentĂ©, il se mettra Ă  rouler, activant une autre sĂ©quence d’actionneurs. De plus, s’il rencontre un obstacle, il sautera simplement par-dessus ! Il le fait en stockant de l’Ă©nergie dans chacune de ses pattes, puis en la libĂ©rant et en se catapultant comme un lance-pierre.

 

Ils peuvent mĂȘme s’attacher et se dĂ©tacher, selon l’environnement et la tĂąche. Au lieu d’ĂȘtre un robot unique conçu spĂ©cifiquement pour une seule tĂąche, les robogamis sont conçus et optimisĂ©s pour ĂȘtre multitĂąches Ă  partir de zĂ©ro.

Voici un exemple de robogami simple. Mais imaginez ce que plusieurs robogamis pourraient faire en groupe. Ils pourraient unir leurs forces pour s’attaquer Ă  des tĂąches plus complexes. Chaque module, actif ou passif, pourrait s’assembler pour crĂ©er diffĂ©rentes formes. Et non seulement cela, en contrĂŽlant les joints de pliage, ils peuvent s’attaquer Ă  des tĂąches diverses dans des environnements changeants. Par exemple, pensez Ă  l’espace oĂč les conditions sont imprĂ©visibles. Une seule plateforme robotique qui peut se transformer pour accomplir des tĂąches multiples peut augmenter les chances de succĂšs de la mission.

La conception de Robogami doit sa reconfigurabilité géométrique drastique à deux grandes percées scientifiques.

  • La premiĂšre est son procĂ©dĂ© de fabrication 2D couche par couche : des multiples de couches fonctionnelles des composants robotiques essentiels (c’est-Ă -dire les microcontrĂŽleurs, les capteurs, les actionneurs, les circuits et mĂȘme les batteries) sont empilĂ©es les unes sur les autres.
  • L’autre est la traduction de la conception des liaisons mĂ©caniques typiques en une variĂ©tĂ© de joints pliants (c.-Ă -d., joint fixe, joint Ă  broche, liaison plane et sphĂ©rique).

Cela signifie qu’au lieu de se concentrer uniquement sur la minimisation de la taille des composants de l’articulation, nous pouvons en fait rĂ©duire le nombre de composants lors de la conception des robots. Nous pouvons miniaturiser des systĂšmes avec de nombreux composants qui nĂ©cessitent un assemblage et des calibrations complexes en les rendant plats ; ils peuvent ĂȘtre empilĂ©s tout en conservant leur prĂ©cision.

Un de ces systĂšmes est un dispositif haptique, dans lequel l’utilisateur et l’ordinateur interagissent par un mĂ©canisme tel qu’un joystick. Ces dispositifs sont traditionnellement utilisĂ©s comme robots chirurgicaux lorsque les chirurgiens exigent une grande prĂ©cision avec un retour de force dĂ©licat. Cela nĂ©cessite une grande salle d’opĂ©ration avec des bras robotiques Ă  haute densitĂ© de force oĂč les chirurgiens ressentiraient une diffĂ©rence de rigiditĂ© des organes et des cavitĂ©s par le biais d’une interface motorisĂ©e qui traduirait la diffĂ©rence de force Ă  l’extrĂ©mitĂ© d’un effecteur robotisĂ©.

Avec robogamis, cette technologie haptique peut ĂȘtre plus accessible que jamais. L’interface haptique de robogamis serait comme un joystick pliable qui pourrait ĂȘtre fixĂ© sur un couvercle de tĂ©lĂ©phone portable. Avoir une interface haptique directement reliĂ©e Ă  un tĂ©lĂ©phone portable signifie qu’elle peut ĂȘtre utilisĂ©e comme un joystick portable qui peut rĂ©agir Ă  nos activitĂ©s quotidiennes telles que l’apprentissage ou les achats en ligne. Cela vous permettrait de sentir les diffĂ©rents organes d’un atlas d’anatomie humaine, les diffĂ©rentes caractĂ©ristiques gĂ©ographiques sur une carte, ou encore la duretĂ© ou la maturitĂ© de diffĂ©rents types de fromages et de pĂȘches.

La technologie de la robotique progresse pour ĂȘtre plus personnalisĂ©e et plus adaptative pour les humains, et cette espĂšce unique de robots d’origami reconfigurables est trĂšs prometteuse. Elle pourrait devenir la plateforme qui fournira l’interface robotique intuitive et intĂ©grable qui rĂ©pondra Ă  nos besoins. Les robots ne ressembleront plus aux personnages des films. Ils seront plutĂŽt tout autour de nous, adaptant continuellement leur forme et leur fonction – et nous ne le saurons mĂȘme pas.

*Jamie Paik est professeur de gĂ©nie mĂ©canique et directeur du laboratoire de robotique reconfigurable de l’Ecole Polytechnique FĂ©dĂ©rale de Lausanne (EPFL).

Via Aeon

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