Cette pince imprimée en 3D n'a pas besoin d'électronique pour fonctionner

May 16, 2023

Cette pince robotique souple est non seulement imprimée en 3D en une seule impression, mais elle n'a pas non plus besoin d'électronique pour fonctionner.

L'appareil a été développé par une équipe de roboticiens de l'Université de Californie à San Diego, en collaboration avec des chercheurs de la société BASF, qui ont détaillé leurs travaux dans un numéro récent de Science Robotics.

Les chercheurs voulaient concevoir une pince souple qui serait prête à l’emploi dès sa sortie de l’imprimante 3D, équipée de capteurs de gravité et tactiles intégrés. En conséquence, la pince peut saisir, maintenir et libérer des objets. Aucune pince de ce type n'existait avant ces travaux.

"Nous avons conçu des fonctions de manière à ce qu'une série de valves permettent à la pince de saisir au contact et de se relâcher au bon moment", a déclaré Yichen Zhai, chercheur postdoctoral au laboratoire de robotique et de conception bioinspirées de l'Université de Californie à San Diego et du auteur principal de l'article, publié dans le numéro du 21 juin de Science Robotics. « C'est la première fois qu'une telle pince peut à la fois saisir et libérer. Il suffit de tourner la pince horizontalement. Cela déclenche une modification du débit d’air dans les vannes, provoquant le relâchement des deux doigts de la pince.

Cette logique fluidique permet au robot de se souvenir du moment où il a saisi un objet et s'y accroche. Lorsqu'il détecte le poids de l'objet poussant sur le côté, alors qu'il tourne vers l'horizontale, il libère l'objet.

La robotique douce promet de permettre aux robots d’interagir en toute sécurité avec les humains et les objets délicats. Cette pince peut être montée sur un bras robotique pour des applications de fabrication industrielle, de production alimentaire et de manipulation de fruits et légumes. Il peut également être monté sur un robot pour des tâches de recherche et d'exploration. De plus, il peut fonctionner sans connexion, avec une bouteille de gaz à haute pression comme seule source d’alimentation.

La plupart des robots mous imprimés en 3D ont souvent un certain degré de rigidité ; contenir un grand nombre de fuites lorsqu'elles sortent de l'imprimante ; et nécessitent une bonne quantité de traitement et d'assemblage après l'impression pour être utilisables.

L’équipe a surmonté ces obstacles en développant une nouvelle méthode d’impression 3D, qui implique que la buse de l’imprimante trace un chemin continu à travers l’ensemble du motif de chaque couche imprimée.

"C'est comme dessiner une image sans jamais retirer le crayon de la page", a déclaré Michael T. Tolley, auteur principal de l'article et professeur agrégé à la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego.

Cette méthode réduit le risque de fuites et de défauts dans la pièce imprimée, très fréquents lors de l'impression avec des matériaux souples.

La nouvelle méthode permet également d’imprimer des parois minces, jusqu’à 0,5 millimètre d’épaisseur. Les parois plus fines et les formes courbes complexes permettent une plus grande plage de déformation, ce qui donne une structure globale plus douce. Les chercheurs ont basé la méthode sur le chemin eulérien, qui, dans la théorie des graphes, est un chemin dans un graphique qui touche chaque bord de ce graphique une et une seule fois.

"Lorsque nous avons suivi ces règles, nous avons pu imprimer de manière cohérente des robots pneumatiques logiciels fonctionnels avec des circuits de commande intégrés", a déclaré Tolley.

Fabrication numérique de bureau de dispositifs robotiques souples monolithiques autonomes avec circuits de contrôle fluidique intégrés

Yichen Zhain, Jioayao Yan, Benjamin Shih, Michael T. Tolley, Université de Californie à San Diego

Albert De Boer, Martin Faber, Joshua Speros, Rohini Gupta, BASF

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