Les puces robotiques entrent en action

Une puce robotique autonome a été développée, capable de sauter près de 30 fois sa hauteur, grâce à ce qui est sans doute le plus petit élastique au monde.

Houle: De minuscules moteurs de microsystèmes électromécaniques (MEMS) étirent un petit élastique de neuf microns d'épaisseur et de deux millimètres de long afin de permettre à un microbot de se catapulter dans les airs comme une puce.

Des essaims de ces robots pourraient éventuellement être utilisés pour créer des réseaux de capteurs distribués pour la détection de produits chimiques ou à des fins de surveillance militaire, selon Sarah Bergbreiter , ingénieur électricien à l'Université de Californie à Berkeley, qui a développé les robots.

L'idée est que l'étirement d'un élastique en silicone de seulement neuf microns d'épaisseur peut permettre à ces dispositifs microrobotiques de se déplacer en se catapultant dans les airs. Les premiers tests montrent que les robots solaires peuvent stocker suffisamment d'énergie pour faire sauter un robot de 7 millimètres à 200 millimètres de haut.

Ce saut balistique semblable à une puce permettrait à ces capteurs d'être mobiles, de couvrir des distances relativement grandes et de surmonter des obstacles qui seraient normalement un problème majeur pour les robots de taille micrométrique, explique Bergbreiter.

De tels capteurs pourraient être dispersés depuis un avion mais pourraient ne pas atterrir dans les positions les plus idéales, donc les rendre mobiles pourrait leur permettre d'être repositionnés, même un peu au hasard. Les capteurs distribués en général vous donnent une vue d'ensemble, dit Bergbreiter. En effet, ils peuvent fournir une résolution plus détaillée sur une plus grande surface par rapport aux approches non distribuées plus traditionnelles de la détection.

Avec des robots miniatures, le saut est une bonne option si vous essayez de vous déplacer sur des terrains accidentés, dit Metin Sitti , professeur adjoint au laboratoire de nanorobotique du Robotics Institute de l'Université Carnegie Mellon, à Pittsburgh. À cette taille, le problème critique est l'alimentation, c'est donc un bon choix pour stocker l'énergie, dit-il.

Les impressionnantes capacités de saut des insectes tels que les puces proviennent de leur capacité à stocker de l'énergie dans une protéine élastomère appelée résiline. Cela leur permet de stocker une grande quantité d'énergie puis de la libérer très soudainement sous forme de mouvement. Mais alors que les insectes stockent l'énergie en comprimant un élastomère, Bergbreiter a opté pour un système qui en étire un.

Travailler avec Kris Pister en tant que membre de Projet de poussière intelligente de Berkeley , qui a été mis en place pour construire des réseaux de capteurs distribués pouvant communiquer sur de longues distances à l'aide de réseaux maillés, Bergbreiter visait à donner à ces types de capteurs une mobilité utile. Elle a créé un minuscule réseau de cellules solaires pour alimenter l'appareil, un microcontrôleur pour contrôler son comportement et une série de moteurs de microsystèmes électromécaniques (MEMS) sur un substrat de silicium. Les derniers ont été utilisés dans le cadre d'un mécanisme à cliquet appelé moteurs à vis sans fin, qui séparent deux crochets pour étirer l'élastique.

Bergbreiter, en collaboration avec le projet Smart Dust, a créé l'élastique en découpant une bande circulaire mesurant seulement neuf microns d'épaisseur et deux millimètres de long dans une fine feuille de silicone à l'aide d'un laser infrarouge très fin. Il a ensuite été accroché au mécanisme d'étirement du robot à l'aide d'une simple pince à épiler ultraprécise, d'un microscope stéréoscopique et d'une main ferme. C'était un peu comme jouer au jeu pour enfants Operation, mais en plus dur, dit Bergbreiter.

Pour tester le prototype du robot, Bergbreiter l'a connecté de sorte qu'au lieu que le robot saute réellement, sa jambe soit positionnée pour donner un coup de pied à un objet. Cela lui a permis de calculer l'énergie libérée. Jusqu'à présent, Bergbreiter n'a essayé d'étirer que partiellement l'élastique, ce qui permettrait d'obtenir un saut d'environ 12 millimètres pour le robot de 10 milligrammes. Cependant, elle dit que sur la base des résultats de ce test, un tronçon complet serait capable de produire des sauts aussi hauts que 200 millimètres, et ils couvriraient environ deux fois plus de terrain horizontalement. Les résultats seront présentés la semaine prochaine lors de la Conférence internationale sur la robotique et l'automatisation, à Rome, en Italie.

Le prototype actuel de sept millimètres de long est encore beaucoup plus gros qu'une puce. Mais Bergbreiter tient à réduire le robot à environ un millimètre, ou taille de puce. De plus, elle doit encore ajouter la minuscule cellule solaire photovoltaïque qui a été fabriquée séparément. La prochaine étape consiste à tout assembler, dit-elle.

L'un des avantages de fabriquer des robots à l'échelle des insectes est qu'il est possible de générer des vitesses de décollage très élevées. C'est pourquoi les insectes peuvent réaliser des sauts aussi énormes. À mesure que le volume d'un objet est réduit, sa masse diminue à un rythme beaucoup plus rapide, ce qui permet à son tour de grandes accélérations.

Cependant, il y a un compromis. La traînée augmente à mesure que vous devenez plus petit, dit Bergbreiter. L'astuce consiste donc à s'assurer que la taille des robots offre suffisamment d'avantages en termes d'accélération pour compenser le coût de toute traînée supplémentaire.

Mais générer ce mouvement nécessite toujours plus d'énergie que le robot n'est capable de récupérer de son environnement grâce à ses cellules solaires. C'est souvent le cas avec les robots autonomes, c'est pourquoi le stockage de l'énergie est nécessaire, explique Chris Melhuish , professeur de robotique et directeur du Bristol Robotics Laboratory de l'Université de Bristol et de l'Université de l'Ouest de l'Angleterre, au Royaume-Uni.

Il est probable que la seule autre façon de couvrir des distances relativement importantes soit le vol. Mais voler ajoute une toute nouvelle série de défis, explique Bergbreiter. Il faut des moteurs très puissants pour battre des ailes ou entraîner une hélice, et étant donné l'effet que le vent peut avoir sur de si petits objets, il y a des problèmes de contrôle majeurs. Sauter, d'un autre côté, permettrait aux robots de parcourir des distances beaucoup plus grandes sans nécessiter d'énormes besoins en énergie.

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