Les scientifiques du MIT ont développé de minuscules robots au corps mou qui peuvent être contrôlés avec un aimant faible. Les robots, formés de spirales magnétiques caoutchouteuses, peuvent être programmés pour marcher, ramper, nager, le tout en réponse à un champ magnétique simple et facile à appliquer.
“C’est la première fois que cela a été fait, pour pouvoir contrôler la locomotion tridimensionnelle de robots avec un champ magnétique unidimensionnel”, explique le professeur Polina Anikeevadont l’équipe a publié un article en libre accès sur les robots magnétiques 3 juin dans le journal Matériaux avancés. « Et parce qu’ils sont principalement composés de polymères et que les polymères sont mous, vous n’avez pas besoin d’un très grand champ magnétique pour les activer. C’est en fait un très petit champ magnétique qui pilote ces robots », ajoute Anikeeva, qui est professeur de science et d’ingénierie des matériaux et de sciences du cerveau et cognitives au MIT, un chercheur associé du McGovern Institute for Brain Research, ainsi que le directeur associé du MIT. Laboratoire de recherche en électronique et directeur du MIT Centre Cerveau-Corps K. Lisa Yang.
Les nouveaux robots sont bien adaptés au transport de marchandises dans des espaces confinés et leurs corps en caoutchouc sont doux pour les environnements fragiles, ouvrant la possibilité que la technologie puisse être développée pour des applications biomédicales. Anikeeva et son équipe ont fabriqué leurs robots en millimètres de long, mais elle dit que la même approche pourrait être utilisée pour produire des robots beaucoup plus petits.
Robots souples à base de fibres actionnés magnétiquement
Ingénierie des robots magnétiques
Anikeeva dit que jusqu’à présent, les robots magnétiques se sont déplacés en réponse aux champs magnétiques en mouvement. Elle explique que pour ces modèles, « si vous voulez que votre robot marche, votre aimant marche avec lui. Si vous voulez qu’il tourne, vous faites tourner votre aimant. Cela limite les paramètres dans lesquels ces robots peuvent être déployés. “Si vous essayez d’opérer dans un environnement très contraint, un aimant mobile n’est peut-être pas la solution la plus sûre. Vous voulez pouvoir disposer d’un instrument stationnaire qui applique simplement un champ magnétique à l’ensemble de l’échantillon », explique-t-elle.
Youngbin Lee PhD ’22, un ancien étudiant diplômé du laboratoire d’Anikeeva, a conçu une solution à ce problème. Les robots qu’il a développés dans le laboratoire d’Anikeeva ne sont pas uniformément magnétisés. Au lieu de cela, ils sont stratégiquement magnétisés dans différentes zones et directions, de sorte qu’un seul champ magnétique peut permettre un profil d’entraînement du mouvement des forces magnétiques.
Avant qu’ils ne soient magnétisés, cependant, les corps flexibles et légers des robots doivent être fabriqués. Lee commence ce processus avec deux types de caoutchouc, chacun avec une rigidité différente. Ceux-ci sont pris en sandwich, puis chauffés et étirés en une fibre longue et fine. En raison des propriétés différentes des deux matériaux, l’un des caoutchoucs conserve son élasticité grâce à ce processus d’étirement, mais l’autre se déforme et ne peut pas reprendre sa taille d’origine. Ainsi, lorsque la tension est relâchée, une couche de la fibre se contracte, tirant de l’autre côté et tirant le tout dans une bobine serrée. Anikeeva dit que la fibre hélicoïdale est calquée sur les vrilles sinueuses d’un plant de concombre, qui tournent en spirale lorsqu’une couche de cellules perd de l’eau et se contracte plus rapidement qu’une deuxième couche.
Un troisième matériau – dont les particules ont le potentiel de devenir magnétiques – est incorporé dans un canal qui traverse la fibre caoutchouteuse. Ainsi, une fois la spirale réalisée, un motif d’aimantation permettant un type de mouvement particulier peut être introduit.
“Youngbin a réfléchi très attentivement à la manière de magnétiser nos robots pour les rendre capables de se déplacer exactement comme il les a programmés pour se déplacer”, explique Anikeeva. “Il a fait des calculs pour déterminer comment établir un tel profil de forces sur lui lorsque nous appliquons un champ magnétique qu’il commencera réellement à marcher ou à ramper.”
Pour former un robot rampant ressemblant à une chenille, par exemple, la fibre hélicoïdale est façonnée en ondulations douces, puis le corps, la tête et la queue sont magnétisés de sorte qu’un champ magnétique appliqué perpendiculairement au plan de mouvement du robot amène le corps à compresse. Lorsque le champ est réduit à zéro, la compression est relâchée et le robot rampant s’étire. Ensemble, ces mouvements propulsent le robot vers l’avant. Un autre robot dans lequel deux fibres hélicoïdales en forme de pied sont reliées par une articulation est magnétisé selon un motif qui permet un mouvement plus proche de la marche.
Potentiel biomédical
Ce processus de magnétisation précis génère un programme pour chaque robot et garantit qu’une fois les robots fabriqués, ils sont simples à contrôler. Un champ magnétique faible active le programme de chaque robot et entraîne son type particulier de mouvement. Un seul champ magnétique peut même envoyer plusieurs robots se déplacer dans des directions opposées, s’ils ont été programmés pour le faire. L’équipe a découvert qu’une manipulation mineure du champ magnétique a un effet utile : en appuyant sur un interrupteur pour inverser le champ, un robot de transport de marchandises peut être amené à secouer doucement et à libérer sa charge utile.
Anikeeva dit qu’elle peut imaginer ces robots au corps mou – dont la production simple sera facile à mettre à l’échelle – délivrant des matériaux à travers des tuyaux étroits, ou même à l’intérieur du corps humain. Par exemple, ils peuvent transporter un médicament à travers des vaisseaux sanguins étroits, le libérant exactement là où il est nécessaire. Elle dit que les dispositifs actionnés magnétiquement ont également un potentiel biomédical au-delà des robots et pourraient un jour être incorporés dans des muscles artificiels ou des matériaux qui favorisent la régénération des tissus.
to news.mit.edu
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