Une équipe de recherche de l’Université de Fribourg développe des modules logiques pneumatiques imprimés en 3D qui contrôlent les mouvements de robots mous exclusivement avec la pression de l’air. Ces modules permettent une commutation logique du flux d’air et peuvent ainsi imiter une commande électrique. Pour la première fois, les modules permettent la production de robots souples flexibles et sans électronique entièrement dans une imprimante 3D à partir de matériaux d’impression conventionnels.
À l’avenir, les robots logiciels seront capables d’effectuer des tâches qui ne peuvent être accomplies par les robots conventionnels. Ces robots souples pourraient être utilisés sur des terrains difficiles d’accès et dans des environnements où ils sont exposés à des produits chimiques ou à des rayonnements susceptibles d’endommager les robots métalliques contrôlés électroniquement. La condition préalable est que ces robots souples puissent être contrôlés sans aucune électronique, ce qui représente encore un défi lors du développement. Une équipe de chercheurs de l’Université de Fribourg a développé des modules logiques pneumatiques imprimés en 3D qui contrôlent les mouvements de robots souples en utilisant uniquement la pression de l’air. Ces modules permettent une commutation logique du flux d’air et peuvent ainsi imiter une commande électrique. Les modules permettent pour la première fois de produire des robots souples flexibles et sans électronique entièrement dans une imprimante 3D à partir de matériaux d’impression à filament conventionnels. L’équipe autour du Dr. Stefan Conrad, Dr. Falk Tauber, Joscha Teichmann et le Prof. Thomas Speck du pôle d’excellence « Systèmes matériels vivants, adaptatifs et autonomes en énergie (vivreMatS) » a publié ses résultats dans la revue spécialisée Robotique scientifique.
“Notre conception permet à toute personne ayant une expérience en impression 3D de créer de tels modules logiques et de les utiliser pour contrôler un robot logiciel sans avoir besoin d’équipement d’impression haut de gamme”, explique Conrad. “Il s’agit d’une étape importante vers des circuits de commande pneumatiques totalement sans électronique, qui pourront à l’avenir remplacer des composants électriques de plus en plus complexes dans les robots logiciels.”
Les modules peuvent effectuer des opérations booléennes et diriger les flux d’air spécifiquement vers les éléments mobiles
Les modules se composent de deux chambres de pression. Un canal imprimé en 3D passe entre ces chambres. En comprimant le canal, les chambres en expansion peuvent arrêter le flux d’air à l’intérieur et le réguler comme une vanne. En ouvrant et en fermant spécifiquement la vanne, les modules peuvent exécuter les fonctions logiques booléennes « ET », « OU » et « NON », similaires aux circuits électriques, et diriger le flux d’air vers les éléments de mouvement du robot logiciel. La fonction remplie par chaque module est déterminée par les chambres dans lesquelles la pression de l’air est introduite. Selon le matériau choisi, les modules peuvent fonctionner avec une pression comprise entre 80 et plus de 750 kilopascals. Par rapport à d’autres systèmes pneumatiques, ils ont un temps de réponse rapide d’environ 100 millisecondes.
Large gamme d’applications
« Les utilisations possibles de ces modules sont énormes. Nous avons développé un robot marcheur flexible imprimé en 3D, contrôlé par la pression de l’air via un circuit intégré. La flexibilité des modules logiques se reflète dans le fait que ce déambulateur peut même supporter la charge d’une voiture qui passe dessus », explique Tauber. « Comme exemple de systèmes de commande plus complexes, nous avons également développé un distributeur de boissons sans électronique. “.