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Des « robots crabes » si petits qu’ils passent à travers le chas d’une aiguille

Crédits : Northwestern University

Des chercheurs ont développé les plus petits robots marcheurs télécommandés au monde. Ressemblant à des crabes, ils peuvent se déplacer latéralement sans aucun fil, hydraulique, électricité ou autres composants mécaniques standard. Ce type de structure pourrait servir dans de nombreux domaines.

Les robots aux dimensions submillimétriques sont intéressants pour des applications diverses et variées. Nous pourrions imaginer des outils pour les procédures chirurgicales mini-invasives en médecine clinique par exemple. Ces robots pourraient également permettre une meilleure manipulation des cellules/tissus dans la recherche en biologie. Cependant, les classes limitées de structures et de matériaux pouvant être utilisés pour leur développement créent des défis pour atteindre les paramètres de performance souhaités, d’où l’intérêt de ces nouveaux robots.

Une approche très ingénieuse

Ces crabes robotiques, qui ne mesurent que 0,5 mm de large, peuvent se déplacer latéralement, mais aussi se plier, se tordre, se retourner et même sauter. Vous n’y retrouverez aucune conception mécanique impliquant de nombreuses pièces mobiles alimentées par une source d’électricité. Ces créatures à huit pattes ont une conception beaucoup plus simplifiée composée de seulement quelques matériaux pouvant être manipulés par des lasers.

Concrètement, ces robots sont fabriqués à partir d’un alliage élastique à mémoire de forme qui se transforme en sa forme 3D à la manière d’un livre pop-up. Un contour en alliage 2D en forme de crabe est attaché à un substrat en caoutchouc étiré au niveau des pieds. Lorsque le substrat est détendu et que sa surface diminue, le matériau est forcé vers le haut dans la forme 3D souhaitée.

Lorsque l’alliage 3D est chauffé par un laser, il essaie alors de revenir à sa forme 2D aplatie d’origine. Cependant, avant que l’alliage ne puisse complètement s’aplatir, il refroidit rapidement et reprend sa forme de crabe 3D. C’est ce changement rapide de forme qui permet le mouvement du robot. Un revêtement de verre spécial sur l’alliage facilite la direction des lasers pour chauffer certaines zones du robot, ce qui permet une large gamme de mouvements.

Des robots petits et rapides

Ainsi que l’expliquent les auteurs dans la revue Science Robots, ce petit crabe peut se déplacer à une vitesse maximale d’environ la moitié de la longueur de son corps par seconde. Une telle vitesse est due à la vitesse à laquelle les matériaux refroidissent après avoir été chauffés par le laser. Ces structures étant vraiment minuscules, le taux de refroidissement est très rapide. Autrement dit, la réduction de leur taille permet de les faire évoluer plus rapidement.

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Une simulation du processus qui donne au robot sa forme 3D. Crédits : Northwestern University
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Une vidéo du robot qui s’aplatit et se contracte lorsqu’il est chauffé et refroidi à l’aide de lasers, permettant le mouvement latéral. Crédits : Northwestern University

En observant le robot se déplacer latéralement, nous pourrions penser que sa locomotion a été inspirée par sa forme de crabe. En réalité, c’est l’inverse. Des étudiants de la Northwestern University ont en effet jeté leur dévolu sur cette forme après seulement avoir appris comment le matériau réagissait aux lasers. Les mouvements latéraux de ces petits robots les ont finalement amenés à penser aux crabes, mais d’autres formes sont possibles. Au cours de leurs travaux, les chercheurs ont en effet également déjà mis au point des robots ressemblant à des chenilles, des grillons et des coléoptères.