Percée bionique : le moi révolutionnaire

Par Queen Mary University of London17 juillet 2023

Un muscle artificiel électrique à auto-détection et à rigidité variable. Crédit : Chen Liu et. al, système intelligent avancé

Des chercheurs de l’Université Queen Mary ont conçu un muscle artificiel à rigidité variable, auto-détecté, qui imite les caractéristiques musculaires naturelles. Cette percée a des implications significatives pour la robotique douce et les applications médicales, rapprochant ainsi l’intégration homme-machine.

Dans une étude publiée le 8 juillet dans Advanced Intelligent Systems, des chercheurs de l'Université Queen Mary de Londres ont réalisé des progrès significatifs dans le domaine de la bionique avec le développement d'un nouveau type de muscle artificiel électrique à rigidité variable doté de capacités d'auto-détection. Cette technologie innovante a le potentiel de révolutionner la robotique douce et les applications médicales.

Le durcissement des contractions musculaires est non seulement essentiel pour améliorer la force, mais permet également des réactions rapides chez les organismes vivants. S'inspirant de la nature, l'équipe de chercheurs de l'École d'ingénierie et de science des matériaux de QMUL a réussi à créer un muscle artificiel qui passe de manière transparente entre les états mous et durs tout en possédant la capacité remarquable de détecter les forces et les déformations.

Le Dr Ketao Zhang, maître de conférences à Queen Mary et chercheur principal, explique l'importance de la technologie à rigidité variable dans les actionneurs artificiels de type muscle. « Donner aux robots, en particulier ceux fabriqués à partir de matériaux flexibles, des capacités d'auto-détection est une étape cruciale vers une véritable intelligence bionique », explique le Dr Zhang.

Le muscle artificiel de pointe développé par les chercheurs présente une flexibilité et une extensibilité similaires à celles du muscle naturel, ce qui le rend idéal pour être intégré dans des systèmes robotiques mous complexes et s'adapter à diverses formes géométriques. Avec la capacité de résister à un étirement de plus de 200 % dans le sens de la longueur, cet actionneur flexible avec une structure rayée démontre une durabilité exceptionnelle.

En appliquant différentes tensions, le muscle artificiel peut ajuster rapidement sa rigidité, obtenant ainsi une modulation continue avec un changement de rigidité dépassant 30 fois. Sa nature pilotée par la tension offre un avantage significatif en termes de vitesse de réponse par rapport aux autres types de muscles artificiels. De plus, cette nouvelle technologie peut surveiller sa déformation via des changements de résistance, éliminant ainsi le besoin de dispositifs de capteurs supplémentaires et simplifiant les mécanismes de contrôle tout en réduisant les coûts.

Le processus de fabrication de ce muscle artificiel à détection automatique est simple et fiable. Les nanotubes de carbone sont mélangés à du silicone liquide à l'aide d'une technologie de dispersion ultrasonique et recouverts uniformément à l'aide d'un applicateur de film pour créer une cathode en couche mince, qui sert également de partie de détection du muscle artificiel. L'anode est réalisée directement à l'aide d'un treillis métallique souple découpé, et la couche d'actionnement est prise en sandwich entre la cathode et l'anode. Après le durcissement des matériaux liquides, un muscle artificiel complet à rigidité variable et auto-détection est formé.

Les applications potentielles de cette technologie flexible à rigidité variable sont vastes, allant de la robotique douce aux applications médicales. L'intégration transparente avec le corps humain ouvre la possibilité d'aider les personnes handicapées ou les patients à effectuer les tâches quotidiennes essentielles. En intégrant le muscle artificiel auto-détecté, les appareils robotiques portables peuvent surveiller les activités d'un patient et fournir une résistance en ajustant les niveaux de raideur, facilitant ainsi la restauration de la fonction musculaire pendant l'entraînement de rééducation.

« Bien qu'il reste encore des défis à relever avant que ces robots médicaux puissent être déployés en milieu clinique, cette recherche représente une avancée cruciale vers l'intégration homme-machine », souligne le Dr Zhang. "Il fournit un modèle pour le développement futur de robots souples et portables."

L'étude révolutionnaire menée par des chercheurs de l'Université Queen Mary de Londres marque une étape importante dans le domaine de la bionique. Avec leur développement de muscles artificiels électriques à détection automatique, ils ont ouvert la voie aux progrès de la robotique douce et des applications médicales.