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Un doigt de robot biodégradable et souple donne un aperçu de l’économie circulaire grâce à l’impression 3D

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La semaine dernière, alors que j’évoquais un nouveau filament d’impression partiellement fabriqué à partir de déchets de son de blé, j’ai mentionné qu’une plus grande exploration des matériaux d’impression biodégradables pourrait être la meilleure solution à long terme pour améliorer la durabilité nette des technologies de fabrication additive (FA). Un autre projet récent – celui-ci portant sur une encre biodégradable utilisée pour fabriquer des robots à corps mou, créé par une équipe de recherche de l’université Johannes Kepler de Linz, en Autriche – illustre encore plus clairement à quel point ces considérations seront cruciales, plus l’adoption générale de la GA continuera à augmenter.

Le projet, dont les résultats ont été publiés dans Science Robotics, fait appel à une technologie qui a suscité un intérêt croissant ces dernières années : la robotique molle fabriquée à partir de matériaux à base de gélatine. Les robots mous ou « squishy » peuvent être utiles lorsque la flexibilité des mouvements est une priorité, ce qui est beaucoup plus difficile à obtenir avec des robots traditionnels au corps plus dur. Ils sont souvent conçus en s’inspirant de phénomènes naturels – un exemple dans la catégorie toujours croissante des techniques d’ingénierie appelées biomimétisme. Par exemple, certains des premiers exemples de robotique souple imprimée en 3D ont été directement modelés sur la façon dont le corps des pieuvres se déplace. La vidéo ci-dessous (avec l’aimable autorisation de Popular Science) montre un projet similaire réalisé par une autre équipe de recherche.

La dernière phase dans le domaine de la robotique douce, l’évolution susmentionnée vers des matériaux biodégradables, a été quelque peu bloquée par des problèmes liés à la gélatine, le principal composant utilisé par les chercheurs pour la fabrication de robots plus écologiques. D’une part, la gélatine moisit facilement. D’autre part, comme l’explique le physicien Florian Hartmann (qui a travaillé sur le projet avec l’équipe de Linz), plus la gélatine est sèche, plus elle devient cassante, ce qui fait que les robots à base de gélatine se brisent même en cas d’étirement mineur.

Ce sont les principaux problèmes auxquels les chercheurs autrichiens se sont attaqués. Reprenant la recette de base de gélatine et de sucre précédemment utilisée par d’autres ingénieurs sur des projets similaires, l’équipe de Linz a ajouté de l’acide citrique et du glycérol. La première modification a permis de résoudre le problème des moisissures, tandis que la seconde a permis au matériau d’être beaucoup plus extensible sans se briser. En outre, comme l’ont montré des chercheurs précédents, la gélatine présente un avantage significatif par rapport aux polymères utilisés pour l’impression 3D de robots mous en termes de rapidité de solidification et de disponibilité.

Image fournie par Science Robotics

Après avoir imprimé en 3D un doigt robotique, l’équipe l’a enveloppé dans des bandes de matériau composées principalement d’éthanol et de gomme-laque, et contenant des LED et des capteurs de lumière. Le doigt est ainsi devenu sensible à la lumière, ce qui a permis aux ingénieurs de contrôler le robot en lui soufflant de l’air comprimé. L’air modifiait l’angle de la lumière qui frappait le robot, le matériau extérieur réagissait au changement de lumière et le doigt se déplaçait dans les directions souhaitées par les opérateurs. Il s’agit d’une configuration assez standard pour ce type d’expérience. Les chercheurs de Linz, en particulier, ont simplement construit leur système à partir d’un Raspberry Pi et d’une manette de PlayStation 4. Au cours de l’expérience, les chercheurs ont montré comment le doigt robotique pouvait être dirigé de manière à faire tomber des objets loin de lui.

Le doigt du robot imprimé en 3D. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Science Robotics.

Selon l’étude publiée dans Science Robotics, le matériau que l’équipe a mis au point peut être fondu et réutilisé cinq fois de plus avant de devenir inutile, et il se dissout complètement après plusieurs heures lorsqu’il est placé dans l’eau, le compost ou les eaux usées. Bien que la technologie n’en soit qu’à ses débuts, cette étude récente est importante en raison des deux problèmes majeurs qu’elle a résolus. En effet, cette solution rend plus probable que les futurs chercheurs prennent l’idée au sérieux et considèrent qu’il vaut la peine de continuer à la développer.

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