La marche en quadrupède est contrôlée et alimentée par de l’air sous pression – Technoguide

Les ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego ont créé un robot souple à quatre pattes qui n’a pas besoin d’électronique pour fonctionner. Le robot n’a besoin que d’une source constante d’air sous pression pour toutes ses fonctions, y compris ses commandes et ses systèmes de locomotion.

L’équipe, dirigée par Michael T.Tolley, professeur de génie mécanique à la Jacobs School of Engineering de l’UC San Diego, détaille ses conclusions dans le numéro du 17 février 2021 de la revue Science Robotics.

«Ce travail représente une étape fondamentale mais significative vers des robots marcheurs entièrement autonomes et sans électronique», a déclaré Dylan Drotman, Ph.D. étudiant dans le groupe de recherche de Tolley et premier auteur de l’article.

Les applications incluent la robotique à faible coût pour le divertissement, comme les jouets, et les robots qui peuvent fonctionner dans des environnements où l’électronique ne peut pas fonctionner, comme les machines IRM ou les puits de mine. Les robots souples présentent un intérêt particulier car ils s’adaptent facilement à leur environnement et fonctionnent en toute sécurité à proximité des humains.

La plupart des robots souples sont alimentés par de l’air sous pression et contrôlés par des circuits électroniques. Mais cette approche nécessite des composants complexes tels que des circuits imprimés, des vannes et des pompes – souvent à l’extérieur du corps du robot. Ces composants, qui constituent le cerveau et le système nerveux du robot, sont généralement volumineux et coûteux. En revanche, le robot UC San Diego est contrôlé par un système léger et peu coûteux de circuits pneumatiques, composés de tubes et de vannes souples, embarqué sur le robot lui-même. Le robot peut marcher sur commande ou en réponse aux signaux qu’il détecte de l’environnement.

«Avec notre approche, vous pourriez créer un cerveau robotique très complexe», a déclaré Tolley, auteur principal de l’étude. “Notre objectif ici était de créer le système nerveux pneumatique le plus simple nécessaire pour contrôler la marche.”

La puissance de calcul du robot imite à peu près les réflexes des mammifères qui sont entraînés par une réponse neuronale de la colonne vertébrale plutôt que du cerveau. L’équipe s’est inspirée des circuits neuronaux trouvés chez les animaux, appelés générateurs de motifs centraux, constitués d’éléments très simples qui peuvent générer des motifs rythmiques pour contrôler des mouvements comme la marche et la course.

Pour imiter les fonctions du générateur, les ingénieurs ont construit un système de vannes qui agissent comme des oscillateurs, contrôlant l’ordre dans lequel l’air sous pression pénètre dans les muscles pneumatiques des quatre membres du robot. Les chercheurs ont construit un composant innovant qui coordonne la démarche du robot en retardant l’injection d’air dans les jambes du robot. La démarche du robot a été inspirée par les tortues sideneck.

Le robot est également équipé de simples capteurs mécaniques – de petites bulles molles remplies de fluide placées à l’extrémité des flèches dépassant du corps du robot. Lorsque les bulles sont enfoncées, le fluide fait basculer une valve dans le robot qui le fait inverser la direction.

L’article de Science Robotics s’appuie sur des travaux antérieurs d’autres groupes de recherche qui ont développé des oscillateurs et des capteurs basés sur des vannes pneumatiques, et ajoute les composants nécessaires pour réaliser des fonctions de haut niveau comme la marche.

Comment ça fonctionne

Le robot est équipé de trois vannes agissant comme des onduleurs qui provoquent la propagation d’un état de haute pression autour du circuit pneumatique, avec un retard à chaque onduleur.

Chacune des quatre jambes du robot a trois degrés de liberté alimentés par trois muscles. Les jambes sont inclinées vers le bas à 45 degrés et composées de trois chambres cylindriques pneumatiques parallèles connectées avec soufflet. Lorsqu’une chambre est sous pression, le membre se plie dans la direction opposée. En conséquence, les trois chambres de chaque membre fournissent une flexion multi-axes nécessaire à la marche. Les chercheurs ont apparié les chambres de chaque jambe en diagonale l’une par rapport à l’autre, ce qui simplifie le problème de contrôle.

Une valve souple commute le sens de rotation des membres entre le sens antihoraire et le sens horaire. Cette vanne agit comme ce qu’on appelle un interrupteur bipolaire à verrouillage à double course – un interrupteur avec deux entrées et quatre sorties, de sorte que chaque entrée a deux sorties correspondantes auxquelles elle est connectée. Ce mécanisme est un peu comme prendre deux nerfs et échanger leurs connexions dans le cerveau.

Prochaines étapes

À l’avenir, les chercheurs souhaitent améliorer la démarche du robot afin qu’il puisse marcher sur des terrains naturels et des surfaces inégales. Cela permettrait au robot de naviguer sur une variété d’obstacles. Cela nécessiterait un réseau de capteurs plus sophistiqué et par conséquent un système pneumatique plus complexe.

L’équipe examinera également comment la technologie pourrait être utilisée pour créer des robots, qui sont en partie contrôlés par des circuits pneumatiques pour certaines fonctions, comme la marche, tandis que les circuits électroniques traditionnels gèrent des fonctions plus élevées.

Ce travail est soutenu par l’Office of Naval Research, sous les numéros N00014-17-1-2062 et N00014-18-1-2277.

Vidéo: https://www.youtube.com/watch?v=X5caSAb4kz0&feature=emb_logo

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