Comparé aux robots, les corps humains sont flexibles, capables d’effectuer des mouvements fins et peuvent convertir efficacement l’énergie en mouvement. S’inspirant de la démarche humaine, des chercheurs japonais ont conçu un robot biohybride à deux pattes en combinant des tissus musculaires et des matériaux artificiels. Parution le 26 janvier dans la revue Matièrecette méthode permet au robot de marcher et de pivoter.
La recherche sur les robots biohybrides, qui sont une fusion de la biologie et de la mécanique, attire récemment l’attention en tant que nouveau domaine de la robotique doté de fonctions biologiques. Utiliser les muscles comme actionneurs nous permet de construire un robot compact et de réaliser des mouvements efficaces et silencieux avec un toucher doux. »
Shoji Takeuchi, auteur correspondant de l’Université de Tokyo, Japon
Le robot à deux pattes de l’équipe de recherche, une conception bipède innovante, s’appuie sur l’héritage des robots biohybrides qui tirent parti des muscles. Les tissus musculaires ont poussé les robots biohybrides à ramper, à nager tout droit et à faire des virages, mais pas des virages serrés. Pourtant, être capable de pivoter et d’effectuer des virages serrés est une caractéristique essentielle pour que les robots évitent les obstacles.
Pour construire un robot plus agile avec des mouvements fins et délicats, les chercheurs ont conçu un robot biohybride qui imite la démarche humaine et fonctionne dans l’eau. Le robot est doté d’une bouée en mousse et de jambes lestées pour l’aider à se tenir droit sous l’eau. Le squelette du robot est principalement constitué de caoutchouc de silicone qui peut se plier et fléchir pour s’adapter aux mouvements musculaires. Les chercheurs ont ensuite attaché des bandes de tissus musculaires squelettiques cultivés en laboratoire au caoutchouc de silicone et à chaque jambe.
Lorsque les chercheurs ont frappé le tissu musculaire avec de l’électricité, le muscle s’est contracté, soulevant la jambe. Le talon de la jambe a ensuite atterri vers l’avant lorsque l’électricité s’est dissipée. En alternant la stimulation électrique entre la jambe gauche et la jambe droite toutes les 5 secondes, le robot biohybride a « marché » avec succès à la vitesse de 5,4 mm/min (0,002 mph). Pour tourner, les chercheurs ont zappé à plusieurs reprises la jambe droite toutes les 5 secondes tandis que la jambe gauche servait d’ancre. Le robot a effectué un virage à gauche de 90 degrés en 62 secondes. Les résultats ont montré que le robot bipède à entraînement musculaire peut marcher, s’arrêter et effectuer des mouvements de rotation précis.
« Actuellement, nous déplaçons manuellement une paire d’électrodes pour appliquer un champ électrique individuellement aux jambes, ce qui prend du temps », explique Takeuchi. « À l’avenir, en intégrant les électrodes dans le robot, nous espérons augmenter la vitesse de manière plus efficace. »
L’équipe prévoit également de doter le robot bipède d’articulations et de tissus musculaires plus épais pour permettre des mouvements plus sophistiqués et plus puissants. Mais avant de mettre à niveau le robot avec davantage de composants biologiques, Takeuchi affirme que l’équipe devra intégrer un système d’approvisionnement en nutriments pour soutenir les tissus vivants et les structures des dispositifs permettant au robot de fonctionner dans les airs.
« Des acclamations ont éclaté lors de notre réunion régulière de laboratoire lorsque nous avons vu le robot marcher avec succès sur la vidéo », explique Takeuchi. « Même s’ils semblent être de petits pas, ils constituent en fait des pas de géant pour les robots biohybrides. »
Ce travail a été soutenu par le programme JST-Mirai, JST Fusion Oriented Research for disruptive Science and Technology et la Société japonaise pour la promotion de la science.
