Muscle artificiel électrique à autodétection et à rigidité variable. Crédit : Chen Liu et. al, Advanced Intelligent System
Des chercheurs de l’université Queen Mary ont mis au point un muscle artificiel à détection automatique et à rigidité variable qui imite les caractéristiques musculaires naturelles. Cette avancée a des implications significatives pour la robotique douce et les applications médicales, ce qui constitue un pas de plus vers l’intégration homme-machine.
Dans une étude publiée le 8 juillet dans Advanced Intelligent Systems, des chercheurs de l’université Queen Mary de Londres ont réalisé des avancées significatives dans le domaine de la bionique en mettant au point un nouveau type de muscle artificiel électrique à rigidité variable qui possède des capacités d’autodétection. Cette technologie innovante pourrait révolutionner la robotique douce et les applications médicales.
Sommaire
Technologie inspirée par la nature
Le durcissement de la contraction musculaire n’est pas seulement essentiel pour améliorer la force, il permet également des réactions rapides dans les organismes vivants. S’inspirant de la nature, l’équipe de chercheurs de l’école d’ingénierie et de science des matériaux de QMUL a réussi à créer un muscle artificiel qui passe sans transition de l’état mou à l’état dur, tout en possédant la remarquable capacité de percevoir les forces et les déformations.
Ketao Zhang, maître de conférences à Queen Mary et chercheur principal, explique l’importance de la technologie de la rigidité variable dans les actionneurs artificiels de type musculaire. « Le fait de doter les robots, en particulier ceux fabriqués à partir de matériaux souples, de capacités d’autodétection constitue une étape cruciale vers une véritable intelligence bionique », explique le Dr Zhang.
Caractéristiques du nouveau muscle artificiel
Le muscle artificiel de pointe mis au point par les chercheurs présente une flexibilité et une extensibilité similaires à celles du muscle naturel, ce qui le rend idéal pour être intégré dans des systèmes robotiques souples complexes et pour s’adapter à diverses formes géométriques. Capable de résister à un étirement de plus de 200 % dans le sens de la longueur, cet actionneur flexible à structure rayée fait preuve d’une durabilité exceptionnelle.
En appliquant différentes tensions, le muscle artificiel peut rapidement ajuster sa rigidité, réalisant une modulation continue avec un changement de rigidité dépassant 30 fois. Le fait qu’il soit alimenté en tension lui confère un avantage significatif en termes de vitesse de réaction par rapport à d’autres types de muscles artificiels. En outre, cette nouvelle technologie peut contrôler sa déformation par des changements de résistance, ce qui élimine la nécessité de disposer de capteurs supplémentaires et simplifie les mécanismes de contrôle tout en réduisant les coûts.
Processus de fabrication
Le processus de fabrication de ce muscle artificiel autodétecteur est simple et fiable. Les nanotubes de carbone sont mélangés à du silicone liquide à l’aide d’une technologie de dispersion ultrasonique et enduits uniformément à l’aide d’un applicateur de film pour créer la cathode à couche mince, qui sert également de partie sensible du muscle artificiel. L’anode est fabriquée directement à l’aide d’une coupe en treillis métallique souple, et la couche d’actionnement est prise en sandwich entre la cathode et l’anode. Une fois que les matériaux liquides ont durci, un muscle artificiel autodétecteur à rigidité variable est formé.
Applications potentielles
Les applications potentielles de cette technologie flexible à rigidité variable sont vastes, allant de la robotique douce aux applications médicales. L’intégration transparente au corps humain ouvre des possibilités d’aide aux personnes handicapées ou aux patients dans l’accomplissement de tâches quotidiennes essentielles. En intégrant le muscle artificiel autodétecteur, les dispositifs robotiques portables peuvent surveiller les activités d’un patient et fournir une résistance en ajustant les niveaux de rigidité, facilitant ainsi la restauration de la fonction musculaire au cours de la formation à la réadaptation.
Intégration homme-machine
« Bien qu’il reste des défis à relever avant que ces robots médicaux puissent être déployés dans des environnements cliniques, cette recherche représente une avancée cruciale vers l’intégration homme-machine », souligne le Dr Zhang. « Elle fournit un schéma directeur pour le développement futur de robots souples et portables.
L’étude révolutionnaire menée par des chercheurs de l’université Queen Mary de Londres marque une étape importante dans le domaine de la bionique. En mettant au point des muscles artificiels électriques à détection automatique, ils ont ouvert la voie à des avancées dans le domaine de la robotique souple et des applications médicales.
Référence : « An Electric Self-Sensing and Variable-Stiffness Artificial Muscle » par Chen Liu, James J. C. Busfield et Ketao Zhang, 8 juillet 2023, Advanced Intelligent Systems.
DOI : 10.1002/aisy.202300131