Des chercheurs ont créé des pinces robotiques inspirées des insectes
De nombreuses pinces robotiques souples s'inspirent de la courbure de la nageoire d'un poisson. Elles comprennent des composants triangulaires qui se courbent autour d'un objet pour le saisir. Ces composants comportent des poutres transversales disposées à un angle de 90 degrés, ce qui aide la pince à épouser la forme de l'objet.
Ces pinces traditionnelles nécessitent un effort important pour soulever un objet et ne peuvent pas toujours manipuler des objets fragiles sans les écraser. Des chercheurs de cinq universités différentes, dirigés par Poramate Manoonpong de l'Université du Danemark du Sud à Odense, s'inspirent de la façon dont les insectes marchent et saisissent des objets pour mettre au point une nouvelle méthode de fabrication de pinces robotiques.
Au lieu de poutres transversales disposées à un angle de 90 degrés, l'équipe internationale de chercheurs d'Odense a placé des poutres à des angles de 10 ou 30 degrés, à l'image des coussinets d'adhérence des insectes. En modifiant l'inclinaison de ces poutres, les chercheurs ont constaté que leurs dispositifs de préhension pouvaient mieux courber les objets et les soulever en utilisant 20 % d'effort en moins.
« Nous savons que de nombreux animaux peuvent s'accrocher ou se fixer à une surface à l'aide de coussinets ou de pattes souples. Nous avons pu constater que l'angle d'inclinaison des coussinets chez les insectes était différent. Des travaux antérieurs ont déjà étudié la modification de l'angle de préhension, mais aucun n'a mené de recherches détaillées sur l'effet de différents angles de poutre transversale à l'intérieur de son cadre »
Utiliser moins d'effort pour saisir un objet permet à la pince de manipuler des objets plus délicats, comme des produits alimentaires, sans les écraser. Lorsque les chercheurs ont testé des pinces dont les poutres étaient à des angles de 90 ou 120 degrés, la pince avait besoin de beaucoup plus d'effort pour soulever l'objet.
Les nouvelles pinces ont aussi amélioré la démarche des robots. Face à des surfaces irrégulières, comme des pierres, ou rondes, comme des tuyaux sur lesquels marcher, les robots pouvaient s'adapter à la situation sans commande complexe. Les pinces ressemblent à des palmes qui épousent facilement la surface sur laquelle marche le robot.
L'équipe de Manoonpong s'est inspirée des coussinets d'adhérence des insectes, mais elle n'est pas la seule à puiser dans la nature pour progresser en robotique.
En décembre 2020, des chercheurs de la faculté d'ingénierie de l'Université de Géorgie ont conçu une pince robotique inspirée des plants de haricots grimpants. Ces pinces souples ne nécessitent qu'une seule commande pneumatique, ce qui simplifie leur utilisation. La pince disposait également d'un capteur à fibre optique dans la tige élastique du robot, capable de détecter l'objet soulevé et toute perturbation extérieure.
« Nous avons essayé différentes variantes de conception, mais les résultats ne nous satisfaisaient pas, et je me suis souvenue des haricots que je cultivais dans notre jardin il y a quelques années. Cette plante peut s'accrocher très fermement à d'autres plantes ou à une corde. J'ai donc mené une petite étude sur les plantes grimpantes et j'ai pensé que c'était un bon modèle de conception issu de la nature que nous pourrions étudier »
En novembre 2020, des chercheurs de l'UNSW Sydney (Université de Nouvelle-Galles du Sud) ont créé une pince inspirée de la trompe d'un éléphant. Cette pince en tissu souple a été conçue pour manipuler des objets lourds et fragiles.
Les chercheurs affirment que cette technologie polyvalente pourrait être largement utilisée dans les secteurs où l'on manipule des objets fragiles, comme l'agriculture, l'industrie alimentaire, ainsi que la science et la prospection de ressources, voire pour des opérations de sauvetage de personnes ou des dispositifs d'assistance personnelle.
Le docteur Thanh Nho Do a déclaré : « Notre nouvelle pince en tissu souple est fine, plate, légère et peut saisir et extraire divers objets, même dans des cavités étroites, par exemple un stylo à l'intérieur d'un tube. Ce dispositif dispose aussi d'un capteur de force en temps réel amélioré, 15 fois plus sensible que les conceptions traditionnelles, qui détermine la force de préhension nécessaire pour éviter d'endommager les objets manipulés. Il existe également un mécanisme activé thermiquement qui peut faire passer le corps de la pince de souple à rigide et inversement, lui permettant de saisir et de retenir des objets de formes et de poids différents, jusqu'à 220 fois plus lourds que la masse de la pince ».
L'équipe d'Odense a testé son modèle de pince en n'utilisant que des pinces souples. Leur prochain objectif est de la rendre suffisamment solide pour faire face à des conditions plus difficiles.
« Les conceptions de pied et de pince robotiques compatibles avec différentes solutions mécaniques ont été développées pour améliorer la formation correcte du contact et la préhension sur différentes bases. La structure Fin Ray est l'une de ces solutions. Bien que l'effet Fin Ray ait déjà été proposé et utilisé, aucune recherche détaillée n'a été menée sur l'effet de différents angles de traverse à l'intérieur de son cadre », indique l'étude.
Selon les scientifiques, compte tenu de facteurs tels qu'une grande surface de contact, une efficacité énergétique élevée et une meilleure durabilité, le modèle Fin Ray avec des traverses non standard inclinées à 10 degrés offre le meilleur compromis par rapport aux autres modèles, dans les limites de certains paramètres géométriques.
