Qu’y a-t-il de commun entre une framboise, une bouteille en plastique vide et un grain de sable ? A première vue, pas grand chose. Mais de par leur taille, leur format ou encore leur fragilité, ces trois objets sont rétifs à la manipulation robotique et à ses préhenseurs classiques, dont la rigidité et la lourdeur limitent les capacités. D’où les travaux d’une équipe de recherche en mécanique de l’Université de Boston (Etats-Unis), qui a développé un système de préhension souple, simple à produire mais extrêmement efficace, précis et versatile. Capable de transporter chacun des objets précédemment cités.
Leur concept, nommé “coquille kirigami” – du nom de la technique japonaise de découpage du papier qui les a inspirés – a été présenté dans la revue Science Robotics en mai.
Technique ancestrale et simulation numérique
Ultra-simples à produire, ces pinces souples n’ont pas été aisées à concevoir. Pour aboutir à leur forme finale, que l’on pourrait comparer à une fleur à quatre pétales – les deux plus larges viennent saisir ou envelopper les objets lorsque les deux autres sont tirées sur un plan linéaire vers l’extérieur – les scientifiques américains se sont inspirés du kirigami, tout en s'appuyant sur de nombreux calculs mécaniques théoriques ainsi que d’outils de simulation numérique. De quoi obtenir un design à la fois peu complexe (le préhenseur ne comporte que quatre coupures internes), modulable et efficace, avec plusieurs matériaux utilisés.
Ces pinces peuvent être fabriquées facilement, notent les chercheurs, qui ont produit différents modèles pour saisir des petits objets de différentes tailles. Pour leurs expériences, ils ont notamment utilisé une mince feuille de plastique PET, découpée via une machine laser avant d’être cuite au four pour lui imposer une forme incurvée, et mieux contrôler ses déformations futures.
Farandole de pinces
Autre avantage : ces préhenseurs sont modulables, c’est-à-dire qu’ils peuvent être découpés en série pour saisir plusieurs objets à la fois. A la manière des guirlandes farandoles en papier, dont chaque personnage identique se tient aux autres, les pinces flexibles sont attachées les unes aux autres et réagissent en même temps aux mouvements des actionneurs, expliquent les chercheurs. Ils montrent comment cette stratégie permet de saisir de longs objets, ou encore des séries ordonnées d’objets, à la manière d’un ensemble de pilules rangées sur un support.
Les préhenseurs mous existent déjà dans l'industrie robotique, portés notamment par les demandes de l'agroalimentaire. Mais les performances en termes de coûts, de versatilité et de précision de ces pinces kirigami pourraient leur permettre de se démarquer, jugent les chercheurs. Ils espèrent les voir débarquer pour la manipulation robotique de petits objets, par exemple en pharmacie, mais imaginent aussi des applications hors de la robotique, par exemple pour délivrer des médicaments à distance, via de micro-actionneurs magnétiques.
