Des chercheurs du MIT ont créé des robots cubiques capables de changer de forme dans l'espace
Si vous devez choisir entre envoyer dans l'espace un essaim de robots individuels de taille réelle ou une grande équipe de modules robotisés plus petits, vous pouvez opter pour la seconde solution.
Les robots modulaires, comme ceux que l'on voit dans des films tels que « Ville des héros », suscitent de grands espoirs grâce à leur capacité d'auto-assemblage et de reconfiguration. Mais malgré l'ambition de les déployer rapidement et de manière fiable dans des domaines allant de l'exploration spatiale à la recherche et au sauvetage en passant par le changement de forme, les robots modulaires actuels restent encore un peu maladroits.
En général, ils sont construits à partir d'un ensemble de moteurs grands et coûteux pour faciliter le mouvement, ce qui impose une attention indispensable à des architectures plus évolutives, tant en nombre qu'en taille.
Des scientifiques du Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle du Massachusetts Institute of Technology (MIT CSAIL) se sont tournés vers l'électromagnétisme, c'est-à-dire les champs électromagnétiques créés par le mouvement d'un courant électrique, afin d'éviter l'assemblage habituel d'actionneurs encombrants et coûteux en unités distinctes.
Ils ont plutôt intégré dans les arêtes des cubes de petits électroaimants, faciles à fabriquer et peu coûteux, qui se repoussent et s'attirent, permettant aux robots de pivoter et de se déplacer les uns autour des autres, ainsi que de changer rapidement de forme.
ElectroVoxel mesure environ 60 mm de côté, et les aimants sont constitués d'un noyau en ferrite (un type de circuit magnétique, qui ressemble à un petit tube noir) enroulé de fil de cuivre, pour un coût total de seulement 0,60 $. À l'intérieur de chaque cube se trouvent de minuscules circuits imprimés et de l'électronique qui font passer le courant dans le bon électroaimant et dans le bon sens.
Contrairement aux charnières traditionnelles, qui nécessitent de relier mécaniquement deux éléments, ElectroVoxel est entièrement sans fil, ce qui simplifie considérablement la maintenance et la production d'un système à grande échelle.
Pour mieux visualiser l'aspect qu'aura un groupe de blocs pendant l'interaction, les scientifiques ont utilisé un planificateur logiciel qui représente les reconfigurations et calcule les distributions électromagnétiques sous-jacentes. L'utilisateur peut manipuler jusqu'à mille cubes en quelques clics de souris, ou utiliser des scénarios prédéfinis qui codent plusieurs rotations successives.
Le système permet effectivement à l'utilisateur de contrôler le sort des blocs dans des limites raisonnables : il peut modifier la vitesse, mettre en évidence des aimants et afficher les mouvements nécessaires pour éviter les collisions. Vous pouvez demander aux blocs d'adopter différentes formes (par exemple, celle d'une chaise ou d'un canapé).
De petits blocs bon marché sont particulièrement adaptés aux conditions de microgravité, où toute structure que l'on souhaite mettre en orbite doit tenir dans la fusée utilisée pour la lancer. Après les premiers essais d'ElectroVoxel, les scientifiques ont observé une véritable apesanteur lors d'un test en vol parabolique, avec l'objectif général d'améliorer les outils d'exploration spatiale, comme la reconfiguration sans carburant ou la modification des propriétés inertielles d'un vaisseau spatial.
Par exemple, grâce à un déclenchement sans carburant, il n'est pas nécessaire d'embarquer du carburant supplémentaire pour la reconfiguration, ce qui résout de nombreux problèmes liés à la masse et au volume au lancement.
Ainsi, on espère que cette méthode de reconfiguration pourra servir à de nombreux projets spatiaux futurs : agrandir et remplacer des structures spatiales lors de plusieurs lancements, réaliser des constructions temporaires pour inspecter un vaisseau spatial et aider les astronautes, ainsi que de futures versions des cubes servant de trieurs autonomes de conteneurs de stockage.
« ElectroVoxel montre comment concevoir un système entièrement reconfigurable et fait découvrir à notre communauté scientifique les défis à relever pour disposer d'un système robotique modulaire pleinement fonctionnel en orbite. Cette étude démontre à quel point il est simple de fabriquer, d'exploiter et d'entretenir des cubes rotatifs à entraînement électromagnétique, ce qui permet de créer un système souple, modulaire et reconfigurable, qui pourra inspirer le développement de composants intelligents pour les futures missions de recherche »
Pour que les blocs se déplacent, ils doivent suivre une séquence précise, comme de petites pièces uniformes de Tetris. Dans ce cas, la séquence de polarisation comporte trois étapes : lancement, déplacement et capture, chaque phase impliquant un cube en mouvement (qui se déplace), un cube d'origine (d'où part le cube en mouvement) et une destination (qui capture le cube en mouvement).
Les utilisateurs du logiciel peuvent indiquer quel cube faire pivoter et dans quel sens, et l'algorithme calculera automatiquement la séquence et l'adresse des affectations électromagnétiques nécessaires pour cela (repoussement, attraction ou désactivation).
Pour la suite des travaux, le passage de l'espace à la Terre constitue l'étape naturelle suivante pour ElectroVoxel, qui nécessitera une modélisation plus détaillée et une optimisation de ces électroaimants pour une reconfiguration contre la gravité sur notre planète.
« Lorsqu'on construit une grande structure complexe, on ne veut pas être limité par la disponibilité et l'expérience des personnes qui l'assemblent, par la taille de votre véhicule de transport ou par des conditions environnementales défavorables sur le site d'assemblage. Si ces axiomes sont vrais sur Terre, ils sont très importants pour construire des objets dans l'espace. Si vous disposiez de structures assemblées à partir de modules simples et uniformes, vous pourriez éliminer bon nombre de ces problèmes. Ainsi, bien que les avantages potentiels dans l'espace soient particulièrement importants, le paradoxe est que la dynamique favorable induite par la microgravité signifie que certains de ces problèmes sont en réalité plus faciles à résoudre : dans l'espace, même de minuscules forces peuvent faire bouger de gros objets. En appliquant cette technologie à des problèmes concrets à court terme dans l'espace, nous espérons aussi créer une technologie utile sur Terre à l'avenir »
Nisser a rédigé l'article avec Leon Cheng et Yashaswini Makaram du MIT CSAIL, Rio Suzuki, professeure assistante en informatique à l'Université de Calgary, et Stefanie Mueller, professeure au Massachusetts Institute of Technology. Ils présenteront leurs travaux lors de la Conférence internationale sur la robotique et l'automatisation 2022. Ces travaux ont été partiellement financés par l'Initiative d'exploration spatiale du Massachusetts Institute of Technology.
