Un robot biohybride effectue des rotations brusques avec des muscles développés en laboratoire

Comparé aux robots, les corps humains sont flexibles, capables d’effectuer des mouvements subtils et peuvent convertir efficacement l’énergie en mouvement. Inspirés par la démarche humaine, des chercheurs japonais ont développé un robot biohybride bipède en combinant du tissu musculaire et des matériaux artificiels. Paru le 26 janvier dans le magazine ObjetCette méthode permet au robot de marcher et de se tourner.

La recherche sur les robots biohybrides, qui représentent une fusion de la biologie et de la mécanique, a récemment attiré l’attention en tant que nouveau domaine de la robotique à fonction biologique. En utilisant les muscles comme actionneurs, nous pouvons construire un robot compact et réaliser des mouvements efficaces et silencieux avec un toucher doux.

Shoji Takeuchi, auteur correspondant, Université de Tokyo, Japon

Le robot bipède de l’équipe de recherche, une conception bipède innovante, s’appuie sur l’héritage des robots biohybrides qui exploitent les muscles. Le tissu musculaire a permis 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 condition essentielle pour que les robots évitent les obstacles.

Pour construire un robot plus agile avec des mouvements fins et sensibles, les chercheurs ont conçu un robot biohybride qui imite la démarche humaine et fonctionne dans l’eau. Le robot est doté d’une bouée en mousse et de jambes lestées pour qu’il puisse se tenir debout sous l’eau. Le squelette du robot est principalement constitué de caoutchouc de silicone, qui peut se plier et fléchir pour s’adapter aux mouvements musculaires. Les chercheurs ont ensuite attaché des bandes de tissu musculaire squelettique cultivé en laboratoire au caoutchouc de silicone et à chaque jambe.

Lorsque les chercheurs ont appliqué de l’électricité sur le tissu musculaire, le muscle s’est contracté et a soulevé la jambe. Le talon de la jambe a ensuite atterri vers l’avant alors que l’électricité s’est calmée. En alternant la stimulation électrique entre les jambes gauche et droite toutes les 5 secondes, le robot biohybride a réussi à « marcher » à une vitesse de 5,4 mm/min (0,002 miles par heure). Pour se retourner, les chercheurs ont donné à plusieurs reprises un coup dans la jambe droite toutes les cinq secondes tandis que la jambe gauche servait d’ancre. Le robot a effectué un virage à gauche de 90 degrés en 62 secondes. Les résultats ont montré que le robot bipède à propulsion musculaire peut marcher, s’arrêter et effectuer des mouvements de rotation précis.

“Actuellement, nous déplaçons manuellement une paire d’électrodes pour appliquer individuellement un champ électrique aux jambes, ce qui prend du temps”, explique Takeuchi. “En intégrant les électrodes dans le robot, nous espérons une augmentation plus efficace de la 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 sophistiqués et plus puissants. Mais avant de mettre à niveau le robot avec davantage de composants biologiques, Takeuchi affirme que l’équipe doit intégrer un système d’approvisionnement en nutriments pour maintenir les tissus vivants et les structures des dispositifs qui permettent au robot de fonctionner dans les airs.

“Lors de notre réunion régulière de laboratoire, des acclamations ont éclaté lorsque nous avons vu la vidéo du robot fonctionnant avec succès”, explique Takeuchi. « Même si ces étapes peuvent paraître modestes, elles constituent en réalité des avancées majeures pour les robots biohybrides. »

Ce travail a été soutenu par le programme JST-Mirai, JST Fusion Oriented Research for disruptive Science and Technology et la Société japonaise pour la promotion de la science.