Résumé :
Une équipe de recherche de l'Université d'État de Caroline du Nord aux États-Unis a récemment développé un nouveau type de robot logiciel. Le robot peut sauter en continu lorsqu’il est éclairé par une lumière infrarouge sans nécessiter d’intervention humaine ou de réajustement. Les chercheurs ont déclaré que cette réalisation démontre un nouveau mécanisme de mouvement autonome des robots souples et fournit de nouvelles idées pour la conception de futurs robots autonomes.
Ce robot a la forme d'une goutte d'eau et a été nommé "Ring Jumper" par l'équipe de recherche. Contrairement à de nombreux robots qui nécessitent des batteries, des moteurs ou des systèmes de contrôle complexes, leur alimentation dépend uniquement de la lumière infrarouge externe. Une fois éclairé, le robot peut continuer à effectuer des actions cycliques et basculer entre différents modes de mouvement tels que l'avant, le saut et même le vol vertical.
Le principe de base du robot est d'utiliser la déformation par torsion pour stocker l'énergie potentielle élastique et la libérer instantanément lorsqu'elle atteint un point critique, selon les chercheurs. Étant donné que la structure elle-même a la capacité de récupérer automatiquement, il n'est pas nécessaire de la réinitialiser après chaque saut, mais elle peut revenir à son état initial et commencer le prochain cycle d'action. L'ensemble du processus peut être répété tant que la lumière infrarouge continue d'exister.
Structurellement, le robot est principalement composé d'un anneau en forme de goutte en élastomère à cristaux liquides, relié à une fine structure en aluminium en forme de V à une extrémité. Lorsque la lumière infrarouge frappe la surface du matériau, l’élastomère à cristaux liquides se contracte, provoquant la rotation de l’ensemble de la structure.
Sans conception supplémentaire, cette structure se contente généralement de défiler sur place. Cependant, les pièces en aluminium en forme de V installées aux extrémités empêchent ce processus, provoquant une accumulation continue de déformations de torsion sur la courroie. À mesure que la charge de torsion continue d’augmenter, l’énergie potentielle élastique stockée dans le matériau devient de plus en plus grande. Lorsqu'un certain point critique est atteint, l'énergie est soudainement libérée et la structure en forme de V s'éjecte rapidement vers le bas et touche le sol, éjectant ainsi l'ensemble du robot dans les airs.
Après avoir effectué un saut, le robot reviendra à sa forme originale, puis recommencera le cycle de stockage et de libération d'énergie, formant un comportement de saut autonome continu.
L'équipe de recherche a découvert que le simple fait de modifier l'angle de la structure en forme de V peut modifier considérablement la façon dont le robot se déplace. Lorsque l'angle inclus est d'environ 120 degrés, le robot avance principalement lentement en rampant ; lorsque l'angle inclus diminue à 90 degrés, le robot saute en avant ; et lorsque l'angle inclus se réduit encore à environ 50 degrés, le robot peut sauter presque verticalement dans les airs.
Les chercheurs ont expliqué que cela signifie que le même robot peut basculer entre différents modes de mouvement en ajustant un simple paramètre géométrique sans modifier le principe de conduite ni ajouter de systèmes de contrôle supplémentaires.
En plus d'ajuster l'angle inclus, l'équipe a également constaté que la position du centre de gravité du robot affecte également les performances de mouvement. Les expériences montrent qu'en ajoutant une petite quantité de contrepoids à l'extrémité la plus ronde de la structure en forme de goutte, le robot peut atteindre une distance de saut plus longue et une trajectoire vers l'avant plus stable. Les chercheurs comparent ce phénomène à un nageur qui se penche en avant au moment du départ pour gagner en propulsion.
Au cours de l'expérience, l'équipe de recherche a également observé que l'intensité de la lumière infrarouge est cruciale pour la performance sportive. Si l’intensité lumineuse est insuffisante, le robot ne peut pas accumuler suffisamment d’énergie pour terminer le saut ; mais si l’intensité lumineuse est trop forte, le processus de saut peut devenir instable et la direction peut même être imprévisible. Par conséquent, un contrôle approprié de l’intensité lumineuse est une condition importante pour obtenir un mouvement stable et continu.
Les chercheurs pensent que ce type de robot logiciel capable de se réinitialiser automatiquement, de continuer à se déplacer et doté d'une structure simple devrait être utilisé dans les domaines de l'exploration d'environnements complexes, de l'inspection d'espaces étroits et de la recherche sur de nouveaux robots logiciels autonomes à l'avenir. Parce qu'il ne nécessite pas de système de contrôle électronique complexe et peut effectuer un mouvement autonome en s'appuyant uniquement sur les propriétés des matériaux et des sources de lumière externes, il offre également une nouvelle direction de développement pour la future conception de robots légers et peu coûteux.
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