En 2011, lorsqu’un senior du MIT nommé John Romanishin a proposé une nouvelle conception de robots modulaires à son professeur de robotique Daniela Rus, elle a déclaré: «Cela ne peut pas être fait».

Deux ans plus tard, Rus a montré à son collègue Hod Lipson, chercheur en robotique à l’Université Cornell, une vidéo de prototypes de robots, basée sur le design de Romanishin, en action. « Cela ne peut pas être fait », a déclaré Lipson.

En novembre, Romanishin – maintenant chercheur au Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT (CSAIL) – Kyle Gilpin, chercheur en médecine et post-doctorat, déclarera une fois pour toutes que cela peut être fait, lorsqu’ils présenteront un essai décrivant leurs nouveaux robots à l’IEEE / RSJ International Conférence sur les robots et systèmes intelligents.

Connus sous le nom de bloc M, les robots sont des cubes sans pièces mobiles extérieures. Pourtant, ils peuvent grimper les uns sur les autres, sauter dans les airs, rouler sur le sol et même se déplacer tout en étant suspendus à l’envers à des surfaces métalliques.

À l’intérieur de chaque M-Block se trouve un volant qui peut atteindre des vitesses de 20 000 tr / min; lorsque le volant est freiné, il donne le moment angulaire du cube. Sur chaque bord d’un bloc M et sur chaque face, il y a des aimants permanents intelligemment placés qui permettent à deux cubes d’être attachés l’un à l’autre.

«C’est une de ces choses qui [modular-robotics] la société essaie de le faire depuis longtemps, dit Rus, professeur de génie électrique et d’informatique et directeur du CSAIL. « Nous avions juste besoin d’un aperçu créatif et de quelqu’un qui était assez passionné pour continuer à y venir – même si nous sommes découragés. »

Abstraction incarnée

Comme l’explique Rus, les chercheurs qui étudient les robots reconfigurables utilisent depuis longtemps une abstraction appelée modèle de cube glissant. Dans ce modèle, si deux cubes sont face à face, l’un d’eux peut glisser vers le haut de l’autre côté, et sans changer d’orientation, glisser sur son sommet.

Le modèle de curseur simplifie le développement d’algorithmes d’auto-assemblage, mais les robots qui les implémentent ont tendance à être des appareils beaucoup plus complexes. Le groupe Rus, par exemple, avait précédemment développé un robot modulaire appelé Molecule, qui se composait de deux cubes reliés par une tige coudée et disposait de 18 moteurs séparés. «Nous en étions très fiers à l’époque», déclare Rus.

Selon Gilpin, les systèmes robotiques modulaires existants sont également «statiquement stables», ce qui signifie «vous pouvez interrompre le mouvement à tout moment et ils resteront là où ils sont». Ce qui a permis aux chercheurs du MIT de simplifier drastiquement la conception de leur robot, c’est d’abandonner le principe de stabilité statique.

«Il y a un temps où le cube vole principalement dans les airs», explique Gilpin. «Et vous dépendez des aimants pour l’aligner quand il atterrit. C’est quelque chose qui est complètement unique à ce système. « 

C’est aussi ce qui rendit Rus sceptique quant à la proposition originale de Romanishin. «Je lui ai demandé de construire un prototype», explique Rus. «Puis j’ai dit: ‘OK, peut-être que j’avais tort.’ «  »

Connus sous le nom de bloc M, les robots sont des cubes sans pièces mobiles extérieures. Pourtant, ils peuvent grimper les uns sur les autres, sauter dans les airs, rouler sur le sol et même se déplacer tout en étant suspendus à l’envers à des surfaces métalliques.

Coincé l’atterrissage

Pour compenser son instabilité statique, les robots des scientifiques s’appuient sur une technologie ingénieuse. Sur chaque bord d’un cube se trouvent deux aimants cylindriques, montés comme un rouleau à pâtisserie. Lorsque deux cubes s’approchent l’un de l’autre, les aimants tournent naturellement de sorte que les pôles nord soient alignés avec le sud et vice versa. Ainsi, n’importe quelle face sur n’importe quel cube peut être attachée à n’importe quelle face.

Les bords des cubes sont également biseautés, donc lorsque deux cubes sont face à face, il y a un petit espace entre les aimants. Lorsqu’un cube commence à tourner sur un autre, les chanfreins et donc les aimants se touchent. La connexion entre les cubes devient beaucoup plus forte et ancre l’oscillation. Sur la surface de chaque cube, il y a quatre autres paires d’aimants plus petits, disposés symétriquement, qui aident à enclencher un cube mobile en place lorsqu’il atterrit sur un autre.

Comme avec tous les systèmes robotiques modulaires, l’espoir est que les modules puissent être miniaturisés: le but ultime de la plupart de ces enquêtes est des hordes de microbots grouillants à assemblage automatique, tels que les androïdes «en acier liquide» dans le film «Terminator II». Et la simplicité de la conception des cubes rend la miniaturisation prometteur.

Mais les chercheurs pensent qu’une version plus raffinée de leur système peut s’avérer utile même à quelque chose comme son échelle actuelle. Des armées de cubes mobiles peuvent réparer temporairement des ponts ou des bâtiments en cas d’urgence ou soulever et reconfigurer des échafaudages pour des projets de construction. Ils pourraient être montés dans différents types de meubles ou d’équipement lourd selon les besoins. Et ils peuvent envahir des environnements hostiles ou inaccessibles aux humains, diagnostiquer des problèmes et se réorganiser pour apporter des solutions.

La force de la diversité

Les chercheurs imaginent également que parmi les cubes mobiles peuvent être des cubes spéciaux, qui contiennent des caméras ou des lampes ou des batteries ou d’autres équipements que les cubes mobiles peuvent transporter. «Dans la plupart des autres systèmes modulaires, un seul module ne peut pas se déplacer», déclare Gilpin. « Si vous en déposez un sur la route, ou si quelque chose ne va pas, il peut rejoindre le groupe, pas de problème. »

«C’est l’une de ces choses auxquelles vous vous donnez du mal pour ne pas penser», dit Lipson de Cornell. «C’est une solution low-tech à un problème que les gens ont essayé de résoudre avec des approches extraordinairement high-tech.

« Ce qu’ils ont fait était très intéressant, c’est qu’ils ont montré plusieurs modes de mouvement », ajoute Lipson. «Pas seulement un cube qui tourne, mais plusieurs cubes travaillant ensemble, plusieurs cubes touchant d’autres cubes – de nombreux autres mouvements qui ouvrent vraiment la porte à de très nombreuses applications, bien au-delà de ce à quoi les gens pensent habituellement quand ils parlent d’auto-assemblage . Ils pensent rarement aux parties qui en tirent d’autres – ce type de comportement de groupe collaboratif. « 

Dans le cadre de travaux en cours, les chercheurs du MIT construisent une armée de 100 cubes, qui peuvent tous se déplacer dans n’importe quelle direction, et conçoivent des algorithmes pour les guider. «Nous voulons que des centaines de cubes, dispersés au hasard sur le sol, puissent s’identifier les uns les autres, se rassembler et se transformer de manière autonome en chaise ou échelle ou bureau sur demande», explique Romanishin.

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