Petites billes en caoutchouc utilisées pour fabriquer un liquide programmable

Construire un robot capable de ramasser des objets délicats comme des œufs ou des baies sans les écraser nécessite de nombreux algorithmes de contrôle qui traitent les aliments provenant de systèmes de vision avancés ou de capteurs qui imitent le sens humain du toucher. L’autre solution consistait à plonger dans le monde de la robotique douce, ce qui signifie généralement un robot doté d’une résistance et d’une durabilité limitées.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs de l’Université Harvard a publié une étude dans laquelle ils ont utilisé un simple embrayage hydraulique sans capteurs ni système de contrôle. Tout ce dont ils avaient besoin était de l'huile de silicone et de nombreuses petites balles en caoutchouc. Ce faisant, ils ont développé un métafluide avec une réponse programmable à la pression.

Balles en caoutchouc pour nager

« J'ai fait un doctorat en France sur la façon de faire nager une coquille sphérique. Pour la faire nager, on la faisait s'effondrer. [inverted] « Méduse », explique Adel Jalouli, chercheur du groupe Bertoldi à l'Université Harvard et auteur principal de l'étude. « J'ai dit à mon manager : et si je mettais cette balle dans une seringue et que j'augmentais la pression ? Il a dit que ce n'était pas une idée intéressante et que cela ne servirait à rien, comme le prétend Jalouli. Mais quelques années plus tard, après plusieurs refus, Jalouli rencontre Benjamin Goresen, professeur de génie mécanique à l'Université de Louvain en Belgique, qui partage ses intérêts. «Je pouvais mener des expériences, il pouvait faire des simulations, alors nous avons pensé que nous pourrions proposer quelque chose ensemble», explique Jalouli. Et ainsi, la balle en caoutchouc de Jelloly est finalement entrée dans la seringue. Les résultats étaient complètement inattendus.

La balle a un rayon de 10 mm et ses parois en caoutchouc silicone de 2 mm d'épaisseur entourent une poche d'air. Il a été placé dans un bol avec 300 ml d'eau. Lorsque la pression dans le conteneur a commencé à augmenter, la balle à 120 kPa a commencé à se déformer. Une fois qu’elle a commencé à se déformer, la pression est restée relativement constante pendant un certain temps, même si le volume occupé par le fluide a continué de diminuer. Le liquide contenant la bille ne se comportait plus comme de l’eau, mais présentait plutôt un plateau prononcé dans la courbe pression/volume. « Les métafluides, des fluides dotés de propriétés réglables qui n'existent pas dans la nature, ont été théorisés par… Federico Capasso et collèguesQui voulait obtenir un liquide à indice de réfraction négatif. À l’époque, ils débutaient avec l’optique, mais en regardant le comportement de l’eau avec cette balle en caoutchouc, nous savions que nous avions un liquide métafluide.

Mélange de fluides programmable

Mettre une seule balle en caoutchouc dans l’eau n’était qu’un point de départ. « J'ai toujours eu cette idée derrière la tête : que se passerait-il si j'en mettais trop ? » Jalouli l'a dit à Ars. Ainsi, son équipe a commencé à expérimenter différentes tailles et nombres de billes dans le support et à utiliser différents supports tels que l'huile de silicone. « Vous pouvez ajuster la pression à laquelle les balles s'activent en modifiant leur rayon et l'épaisseur de leurs parois. Lorsque vous rendez les balles plus épaisses, vous avez besoin de plus d'énergie pour les faire tourner, donc la pression d'activation sera plus élevée », explique Jalouli.

Il existe d'autres paramètres qui peuvent être modifiés pour programmer les propriétés souhaitées dans le métafluide. Cela inclut la fraction volumique – qui correspond essentiellement à la quantité du volume total de liquide absorbé par les billes – et la structure des billes, où le liquide se comporte différemment lorsque vous y mettez des billes de différentes tailles et épaisseurs. Vous pouvez également ajuster cela en utilisant un mélange de domaines avec des propriétés différentes. « Si la variation de taille et d'épaisseur des sphères est trop étroite, vous aurez un plateau de pression très plat lorsque vous les activerez. Si vous avez une répartition plus large, la transition de toute boucle à toute boucle sera plus douce », précise. Jalouli. Il permet également d'atteindre plusieurs plateaux à différentes pressions dans un seul fluide : « De cette façon, vous pouvez affiner la courbe pression/volume », ajoute Jalouli.

En ajustant ces courbes, son équipe a pu construire un embrayage hydraulique intelligent qui fonctionne sans avoir recours à des capteurs ou à des systèmes de contrôle.