En fusionnant les domaines de la biologie et de la mécanique, des chercheurs japonais ont conçu un robot biohybride bipède qui imite la démarche humaine. Cette création, qui associe tissu musculaire et matériaux artificiels, ouvre la perspective d’une nouvelle génération de robots capables de mouvements fins et délicats.
Comparé aux robots, le corps humain est flexible, capable d’effectuer des mouvements fins et de convertir efficacement l’énergie en mouvement. Inspirés par la démarche humaine, des chercheurs japonais ont conçu un robot biohybride bipède en combinant du tissu musculaire et des matériaux artificiels. Cette méthode, publiée dans le magazine Matter, permet au robot de marcher et de tourner.
« La recherche sur les robots biohybrides, qui sont une fusion de la biologie et de la mécanique, a récemment attiré l’attention en tant que nouveau domaine de la robotique présentant des fonctions biologiques. ” dit l’auteur Shoji Takeuchi deUniversité de Tokyo, au Japon. “ En utilisant les muscles comme actionneurs, nous pouvons construire un robot compact et effectuer des mouvements efficaces et silencieux avec un toucher doux. »
Un robot bipède innovant
L’équipe de recherche a conçu un robot bipède, une conception bipède innovante qui s’appuie sur l’héritage des robots biohybrides qui tirent parti des muscles.
Le tissu musculaire permettait aux robots biohybrides de ramper, de nager en lignes droites et de faire des virages, mais pas des virages serrés. Pourtant, la capacité de tourner et d’effectuer des virages serrés est une caractéristique essentielle pour que les robots évitent les obstacles.
(G) Illustration d’un robot bipède alimenté par du tissu musculaire squelettique cultivé.
(D) Image du robot bipède biohybride avec des tissus musculaires squelettiques cultivés.
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’un dessus flottant en caoutchouc mousse et de pieds lestés, ce qui lui permet de rester droit sous l’eau.
Le squelette du robot est principalement constitué de caoutchouc de silicone qui peut se plier et se fléchir pour permettre les mouvements musculaires. Les chercheurs ont ensuite attaché des bandes de tissu musculaire squelettique cultivé en laboratoire au caoutchouc de silicone et à chaque jambe.
Mouvements fins et délicats
Lorsque les chercheurs ont stimulé le tissu musculaire avec de l’électricité, le muscle s’est contracté, provoquant le soulèvement de la jambe. Le talon de la jambe a ensuite atterri vers l’avant tandis que l’électricité disparaissait.
En alternant des stimulations électriques entre la jambe gauche et la jambe droite toutes les 5 secondes, le robot biohybride est parvenu à «marcher» à une vitesse de 5,4 mm/min (0,002 mph). Pour tourner, les chercheurs ont stimulé à plusieurs reprises la jambe droite toutes les 5 secondes, tandis que la jambe gauche servait d’ancrage.
Le robot a effectué un virage de 90 degrés vers la gauche en 62 secondes. Les résultats ont montré que le robot bipède musclé peut marcher, s’arrêter et effectuer des mouvements de rotation précis.
(C) Mouvement de rotation du robot bipède. (D) Trajectoire du mouvement de rotation du robot bipède.
(E) Relation entre l’angle de rotation et le temps pendant le mouvement de rotation. (F) Arrêt du mouvement du robot bipède lorsqu’aucune stimulation électrique n’a été appliquée. Barres d’échelle : 1 cm (A), 2 cm (C), 2 cm (D) et 1 cm (F).
Perspectives d’amélioration
« Nous déplaçons actuellement manuellement une paire d’électrodes pour appliquer individuellement un champ électrique aux jambes, ce qui prend du temps. ” explique Shoji Takeuchi. ” En intégrant les électrodes dans le robot, nous espérons augmenter plus efficacement sa vitesse à l’avenir. »
L’équipe prévoit également de doter le robot bipède d’articulations et de tissus musculaires plus épais pour permettre des mouvements plus avancés et plus puissants. Mais avant d’étendre le robot pour inclure davantage de composants biologiques, Shoji Takeuchi affirme que l’équipe doit intégrer un système de distribution de nutriments pour soutenir les tissus vivants et les structures de 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 en vidéo. », se souvient Shoji Takeuchi. ” Même si ces progrès peuvent sembler mineurs, il s’agit en réalité de pas de géant pour les robots biohybrides. »
Légende illustration / Robot biohybride bipède – Crédit : Groupe de recherche Shoji Takeuchi, Université de Tokyo
Article : « Robot bipède biohybride alimenté par du tissu musculaire squelettique » – DOI : 10.1016/j.mat.2023.12.035
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