La robotique souple utilise des matériaux élastiques et flexibles au lieu des matériaux rigides traditionnels. Ces robots peuvent s’adapter à des environnements complexes, effectuer des tâches délicates et interagir en toute sécurité avec les humains. La robotique souple, un domaine de recherche et de développement en pleine expansion, suscite un vif intérêt en raison de son potentiel d’applications dans la médecine, l’industrie et la vie quotidienne.
Les actionneurs souples à fluide, comprenant une matrice élastique avec des matériaux flexibles intégrés (par exemple : tissu, papier, fibres, particules), suscitent un intérêt particulier dans la communauté robotique en raison de leur légèreté, de leur faible coût et de leur facilité de personnalisation pour une application donnée. Ces actionneurs peuvent être fabriqués rapidement par un processus de moulage en plusieurs étapes et peuvent réaliser une combinaison de contraction, d’extension, de flexion et de torsion avec des entrées de commande simples telles qu’un fluide pressurisé. Notre approche consiste à utiliser de nouveaux concepts de conception, des méthodes de fabrication et des matériaux souples pour améliorer les performances de ces actionneurs par rapport aux conceptions existantes. Nous utilisons notamment des applications ciblées (par exemple : dispositifs d’assistance cardiaque, gants robotisés souples) pour définir les exigences en termes de configuration de mouvement et de force. Ensuite, nous pouvons intégrer une intelligence mécanique dans ces actionneurs souples pour atteindre ces exigences de performance avec des entrées de commande simples.
La description et la prédiction du comportement des actionneurs souples multi-matériaux sont difficiles en raison de la non-linéarité des matériaux hyperélastiques et des grands mouvements de flexion qu’ils génèrent. Nous nous efforçons de décrire de manière exhaustive le principe de fonctionnement de ces actionneurs par des méthodes analytiques, numériques et expérimentales et de caractériser leurs performances de sortie (mouvement et force) en fonction de la pression d’entrée ainsi que des paramètres géométriques et matériels. La modélisation et l’expérimentation fournissent toutes deux des informations précieuses sur le comportement de l’actionneur et les paramètres de conception qui l’influencent. Nous envisageons que ce travail aboutisse à des modèles prédictifs améliorés, nous permettant de converger rapidement vers des applications nouvelles et innovantes de ces actionneurs souples.
Pour contrôler les actionneurs souples, nous avons besoin de moyens pour suivre leur cinématique, les forces d’interaction avec les objets de l’environnement et la pression interne. Nous y parvenons grâce à l’utilisation de capteurs entièrement souples, développés avec des collaborateurs, et de capteurs miniaturisés ou flexibles qui peuvent être intégrés à la conception de l’actionneur pendant la fabrication. Pour l’alimentation et le contrôle, nous utilisons des composants disponibles dans le commerce tels que des électrovannes, des pompes, des régulateurs, des capteurs et des cartes de contrôle, etc. pour ajuster rapidement la pression interne dans les chambres de l’actionneur en utilisant un contrôle en retour sur la pression, le mouvement et la force. De plus, nous pouvons utiliser les modèles analytiques que nous développons pour estimer les variables d’état qui peuvent être difficiles à mesurer directement.
Les applications de la robotique souple dans le domaine médical sont en plein essor. Un exemple typique est la fabrication de gants robotisés souples pour la rééducation des patients victimes d’AVC. Ces dispositifs aident les patients à effectuer des exercices de mobilité, à améliorer leur préhension et à renforcer la force de leur main.
Une autre application potentielle de la robotique souple concerne l’assistance au traitement de l’insuffisance cardiaque. Les chercheurs développent des dispositifs d’assistance cardiaque qui n’entrent pas en contact direct avec le sang, utilisant des actionneurs souples pour exercer une pression sur le cœur, soutenant ainsi le processus de pompage sanguin.