Un développement révolutionnaire en robotique est sorti de la recherche collaborative par des scientifiques de l'UC Santa Barbara et de Tu Dresde, qui a conçu un essaim de robots programmables capables de se transformer et de s'adapter en temps réel en émulant les processus biologiques observés dans les cellules vivantes. Inspirés par l'adaptabilité mécanique des tissus embryonnaires, les transitions collectives robotiques entre les états de type fluide et de type solide, permettant des tâches telles que le port de charges lourdes, l'auto-réparation et le remodelage à la demande.
Principes de conception bio-inspirés
L'équipe a établi des parallèles entre leur système robotique et le comportement dynamique des cellules pendant le développement embryonnaire. Dans les embryons vivants, les tissus atteignent une complexité structurelle par des mouvements cellulaires coordonnés entraînés par trois mécanismes clés:
Fluidisation: Les cellules "s'écoulent temporairement les autres pour se réorganiser avant de se stabiliser en configurations solides.
Polarisation: Les cellules s'alignent directionnelles pour générer des forces collectives.
Adhésion: Les cellules maintiennent les connexions même pendant le réarrangement, assurant une intégrité structurelle.
Architecture de tension robotique
Chaque robot en forme de disque (5 cm de diamètre) fonctionne de manière autonome via une batterie au lithium-ion à bord, offrant 30 minutes de fonctionnalité sans attache. Les engrenages périphériques permettent la locomotion, tandis que les aimants rotatifs permettent une adhérence temporaire entre les unités. Un capteur de lumière polarisé au sommet de chaque robot détecte les indices directionnels, traduisant l'intensité de la lumière en paramètres de mouvement:
Direction: Déterminé par l'angle de polarisation lumineuse.
Forcer: Proportionnel à l'intensité lumineuse, dictant la vitesse de rotation des engins.
Système de contrôle intelligent
Les chercheurs ont mis en œuvre un cadre basé sur des règles pour orchestrer le comportement de l'essaim sans préparer des formes ou des mouvements spécifiques. En modulant les signaux légers, le collectif a alterné entre la réorganisation du fluide et la stabilisation solide. Les principales démonstrations incluses:
Pontage structurel: Deux sous-groupes ont fusionné pour former un pont porteuse prenant en charge 5 kg.
Plates-formes à haute capacité: Configurations des poids soutenus jusqu'à 70 kg (échelle humaine).
Morphing de forme: coulant autour des obstacles pour assembler des outils (par exemple, des formes en forme deté).
Auto-réparation: Correction autonome des défauts structurels.
Efficacité et évolutivité
La modulation de lumière dynamique (pulsation par rapport aux signaux stables) a amélioré l'efficacité énergétique pendant les transitions d'état. La conception modulaire du système suggère l'évolutivité, avec des applications potentielles dans la recherche et les sauvetage, l'infrastructure adaptative et la fabrication reconfigurable.
Publié dansSciencesous le titre"Des collectifs robotiques de type matériel avec contrôle spatio-temporel de la force et de la forme,"Cette recherche comble la robotique et la science des matériaux, offrant un changement de paradigme dans la conception de systèmes adaptatifs qui reflètent l'intelligence des organismes biologiques.