« Concevoir des pinces douces avec une force de saisie importante, tout en restant souples et conformes aux exigences est l’un des défis les plus importants » dans le domaine de la robotique douce (Soft Robotics), soutiennent les auteurs d’un article intitulé « A Vacuum-driven Origami “Magic-ball” Soft Gripper », publié en mars dernier sur le site du MIT.
Sous la plume de Shuguang Li et al., l’article présente « une pince robotique souple, légère et pilotée par le vide, composée d’une “boule magique” d’origami et d’une fine membrane flexible ». Les méthodes de conception et de fabrication qui ont permis de fabriquer le préhenseur avec différentes combinaisons de matériaux peu coûteux pour diverses applications, y sont décrites en détail.
Les expériences de saisie conduites par l’équipe de chercheurs ont permis d’établir que la pince en question « peut soulever une grande variété d’objets, y compris des aliments délicats, des bouteilles lourdes et d’autres objets divers ». De plus, la force de préhension sur les objets imprimés en 3D a également été caractérisée par des tests de charge mécanique. Les résultats révèlent que cette pince souple peut produire une force de préhension significative sur diverses formes en utilisant une pression pneumatique négative.
Les limitations qu’imposent les préhenseurs robotiques rigides classiques, qui ont généralement une capacité limitée à saisir différents objets et à gérer les incertitudes, ont donné lieu ces dernières années au développement des pinces souples. Ce qui a débouché sur quantité d’innovations en matière de matériaux et de méthodes d’actionnement : pinces en polymères électro-actifs, pinces électrostatiques, pinces à base de fluide magnéto-rhéologique, pinces à base de structure auxétique, pinces à élastomère ou à caoutchouc à commande pneumatique. Ces dernières sont d’ailleurs les plus populaires en raison de leur simplicité, de leur haute performance et de leur faible coût.
Actuellement, deux types de pinces pneumatiques sont largement utilisées : les pinces à doigts souples alimentées par de l’air comprimé et celles en forme de boule basée sur le coincement granulaire. L’innovation mise au point par l’équipe du MIT repose sur « un nouveau design pour un préhenseur souple entraîné par le vide ayant une forme de corps hémisphérique creux ».
Le préhenseur souple mis au point par l’équipe du MIT « peut envelopper un objet entier, ou une partie d’un objet cible, à saisir et à manipuler ». Il peut avoir une forme sphérique ou une forme cylindrique, en fonction de la géométrie de l’objet à manipuler. Les pinces sont composées de trois parties : la structure squelette à base d’origami, la peau étanche à l’air pour envelopper la structure et le connecteur qui permet à la pince d’être attachée en tant qu’effecteur final sur un manipulateur.
Le squelette de la pince est en caoutchouc silicone alors que l’origami à base de boule magique à auto-pliage est faite d’une couche de polymère à mémoire de forme collée entre deux couches de matériau structurel découpé au laser. Plus précisément, le matériau de structure en polyéthylène téréphtalate (PET) de 0,11 mm d’épaisseur a été découpé de manière à ce que chaque pli de la vallée présente un intervalle de 2,5 mm et que chaque pli de la montagne soit coupé à travers.
De plus, il y avait des trous à chaque coin pour réduire les déchirures aux points de contrainte maximale. Au cours de leurs travaux, les chercheurs ont développé trois prototypes différents : un squelette auto-replié avec peau en tissu, un squelette en caoutchouc moulé de dureté Shore 30 avec peau de ballon, et un squelette en caoutchouc de dureté Shore 50.
De multiples tests de préhension ont été conduits avec diverses catégories d’objets, dont des aliments de toutes sortes (fruits et légumes), des bouteilles de formes, de matériaux et de poids différents ainsi que des articles comme des verres à vin, des boîtes de conserve, des gourdes.
Si les résultats obtenus montrent que ce préhenseur souple peut saisir efficacement un grand nombre d’objets, même à des charges élevées, des « questions subsistent quant aux matériaux qui optimiseraient la résistance, la rigidité et la durabilité du préhenseur. De même, la modification d’autres formes et dimensions par rapport au modèle original exploré pourrait améliorer les performances pour une plus grande variété d’objets ou pour une certaine catégorie d’objets à saisir ».
Par ailleurs, « l’ajout de différents matériaux à la peau, tels que du ruban antidérapant ou des adhésifs inspirés du gecko, pourrait augmenter le frottement et la force de préhension exercée sur les objets cibles. L’incorporation de ventouses dans la future conception du préhenseur pourrait potentiellement remédier à la limitation actuelle du préhenseur à ramasser des objets minces et volumineux ». Enfin, les chercheurs soulignent que les travaux à venir devraient aussi servir à déterminer « le meilleur angle pour approcher les objets cibles avec la pince origami ».
http://dspace.mit.edu
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