Microrobots, travailler ensemble, construire avec du métal, du verre et de l'électronique

Quelqu'un jetant un coup d'œil à travers la porte du laboratoire d'Annjoe Wong-Foy à ISR International pourrait penser que son équipement est infesté de fourmis. Des formes sombres d'environ un centimètre de diamètre vont et viennent sur des passerelles surélevées : elles contournent les obstacles et portent de petits bâtons.

Construire grand : Une équipe de trois petits robots à guidage magnétique a travaillé ensemble pour construire cette structure à partir de tiges de carbone de la taille d'un cure-dent.

Un examen plus attentif montre clairement que ces créatures occupées sont en fait créées par l'homme. Wong-Foy, ingénieur de recherche senior au SRI, a constitué une armée de travailleurs à guidage magnétique pour tester l'idée que les microrobots pourraient être un meilleur moyen d'assembler des composants électroniques ou de construire d'autres petites structures.

Les roboticiens de Wong-Foy ont déjà prouvé leur capacité à construire des tours de 30 centimètres de long à partir de tiges de carbone et d'autres plates-formes capables de supporter un kilogramme de poids. Les robots peuvent travailler avec du verre, du métal, du bois et des composants électroniques. Lors d'une démonstration, ils ont fabriqué une structure en treillis de carbone avec des fils et des LED colorées mélangés pour servir d'arbre de Noël du laboratoire.

Nous pouvons évoluer vers beaucoup plus de robots à faible coût, déclare Wong-Foy, qui pense que son système pourrait évoluer vers une nouvelle approche de la fabrication. De nombreux composants électroniques sont de la bonne taille pour être manipulés par ses microrobots, dit-il, et des équipes d'entre eux pourraient s'avérer un bon moyen de les disposer sur des circuits imprimés.

SRI veut créer une version du système de microrobot qui pourrait être vendue à d'autres laboratoires de recherche et entreprises pour expérimenter. Nous avons fait la démonstration de la plate-forme de base et cherchons maintenant comment nous pouvons transférer hors du laboratoire en tant que plate-forme de recherche, déclare Rich Mahoney, directeur de la robotique au SRI. Vous devriez pouvoir l'acheter en rayon.

Les microtravailleurs de SRI sont simples : juste de petites plates-formes magnétiques avec de simples bras en fil sur le dessus. Ils ne peuvent se déplacer que lorsqu'ils sont placés sur une surface avec un schéma spécifique de circuits électriques à l'intérieur. L'envoi de courant à travers les bobines situées en dessous exerce une force sur les aimants et oriente les robots. Wong-Foy a écrit un logiciel pour le faire et l'a utilisé pour chorégraphier le mouvement de plus de 1 000 petits robots dans un schéma de circulation complexe. Cela montre qu'il devrait être possible de les faire travailler dans de grandes équipes, dit-il.

Les bras métalliques des robots sont incapables de se déplacer indépendamment. Mais créer des équipes de robots avec différents types de bras permet de faire un travail complexe.

La construction d'une structure en treillis nécessite trois types de travailleurs. L'un actionne une sorte de distributeur de cure-dents, poussant un levier pour libérer une tige de carbone de la taille d'un cure-dent. Un autre robot plonge ses bras dans un bac à eau pour déposer des gouttelettes sur les extrémités de ses bras, puis utilise la tension de surface pour ramasser la tige. Un troisième robot visite une station de colle, trempe ses bras puis applique la colle sur la structure en construction. Enfin, le robot qui a ramassé la tige la presse en place et attend qu'une lumière ultraviolette s'allume pour durcir la colle. Ensuite, il peut se retirer pour ramasser une nouvelle tige.

Le logiciel contrôlant les robots peut également déplacer la plate-forme sur laquelle ils sont assis. Il déplace la plate-forme chaque fois qu'une nouvelle couche est terminée, de sorte que l'espace de travail des robots reste le même à mesure que la structure qu'ils construisent se développe.

Tout comme la technologie d'impression 3D, les microrobots promettent d'être un moyen plus efficace de fabriquer des objets complexes en petites quantités que la technologie de production de masse conventionnelle, explique Mahoney. C'est en partie parce que les microrobots peuvent être reprogrammés pour effectuer des tâches complètement nouvelles, et en partie parce qu'ils sont peu coûteux. Nous appelons parfois cette manipulation mégahertz, dit-il. Nous pouvons penser à la manipulation à des taux que nous avons l'habitude de voir dans le traitement de l'information.

Aider à fabriquer des circuits imprimés en petits lots pour le prototypage de nouveaux appareils électroniques est une application possible. Les amateurs et les petites entreprises travaillant sur du matériel électronique fabriquent aujourd'hui peu de prototypes de cartes de circuits imprimés en raison du temps qu'il faut pour les assembler à la main, et du coût et du retard liés au paiement de petites séries dans des usines dédiées.

Wong-Foy pense également que son approche pourrait être utile pour assembler des dispositifs combinant des composants électroniques et optiques, par exemple pour s'interfacer avec des câbles à fibres optiques. Étant donné que le silicium et les composants optiques ne peuvent pas être traités au cours de la même étape, cette industrie utilise souvent un assemblage manuel pour les assembler. Dans le domaine de l'électronique optique, les gens n'ont pas trouvé de bon moyen d'intégrer les lasers au phosphure d'indium avec des composants en silicium, explique Wong-Foy. L'échelle de ces choses est la taille des tiges de carbone que nous utilisons ici.

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