Les auteurs Ali Zolfagharian, Akif Kaynak et Abbas Kouzani explorent la science croissante de la robotique douce et présentent leurs découvertes dans les «robots en boucle fermée en boucle souple imprimés en 4D» récemment publiés. Les auteurs soulignent à quelle vitesse ce domaine se développe, ce qui montre clairement que de nombreux niveaux différents de recherche et développement sont impliqués, des matériaux et de la modélisation à la surveillance des performances et plus encore. L’impression 3D permet une bonne personnalisation, mais lorsque vous faites passer le processus à une autre dimension avec l’impression 4D, les chercheurs peuvent ajouter des fonctionnalités beaucoup plus importantes à la robotique.

L’impression 4D en boucle fermée permet aux chercheurs d’améliorer les robots logiciels avec des capteurs, des actionneurs et des commandes pour des performances généralement meilleures. Les auteurs ont intégré ces détails dans leurs innovations électroniques ici à l’aide d’un modèle d’apprentissage automatique axé sur les données conçu pour gérer une nouvelle hiérarchie de tâches comprenant:

  • Préhension
  • Tri
  • Grimper ou ramper
  • Inspection
  • Rechercher et enregistrer
  • Systèmes d’administration de médicaments

« Les robots souples de type origami peuvent fournir une rigidité variable avec une efficacité et une dextérité plus élevées requises dans des tâches spécifiques que les robots conventionnels ne peuvent pas gérer », ont déclaré les chercheurs. « Les robots à boucle souple imprimés en 4D peuvent également être utilisés en chirurgie autonome, laparoscopie et endoscopie. »

Schéma du robot logiciel imprimé 4D en boucle fermée.

L’apprentissage automatique joue un rôle évident – et significatif – dans les robots logiciels imprimés en 4D et atténue certains des défis associés aux «diverses tâches de manipulation». L’apprentissage automatique peut être utilisé pour développer une telle robotique pendant le processus de fabrication, et des algorithmes peuvent être utilisés pour accélérer l’optimisation des propriétés telles que la viscosité et l’orientation des pièces.

« Grâce à l’intégration de modèles physiques, ML utilise des ensembles de données clairsemés dans un cadre d’apprentissage statistique pour prédire les matériaux et les processus d’impression 3D afin d’augmenter la vitesse et la fidélité d’impression 3D », ont déclaré les chercheurs.

Avec l’impression 3D, les fonctionnalités suivantes peuvent être introduites:

  • Anisotropie ciblée
  • Rigidité variable
  • Forces mécaniques spatialement hétérogènes

L’utilisation de l’apprentissage automatique est avantageuse dans ce domaine de la technologie robotique, qui offre une dimension accrue et plus, avec une variété de mécanismes de contrôle disponibles: contrôleurs en boucle ouverte, en boucle fermée (avec capteurs logiciels embarqués) et plus.

«Les mécanismes et les matériaux utilisés dans la construction des robots mous sont similaires; par conséquent, le contrôle peut être inspiré par une stratégie d’apprentissage qui traite d’une non-linéarité et d’une agilité élevées », expliquent les chercheurs.

Capteurs imprimés en 3D avec applications dans des robots logiciels imprimés en 4D. (a) Capteur de tige intégré imprimé en 3D (reproduit avec l’autorisation de Copernicus Publications au nom de l’AMA [42]); (b) Électrodes sEMG imprimées en 3D (reproduites avec l’autorisation de Copernicus Publications au nom de l’AMA [42]); (c) Capteur piézoélectrique imprimé en 3D dans un robot doux méduse (reproduit avec l’autorisation de SPIE [67]); (d) Capteur de langue électronique imprimé en 3D (reproduit avec l’autorisation de Frontiers [110]); (e) Capteurs de pression imprimés en 3D (reproduits avec l’autorisation de John Willey and Sons) [71]); (f) Capteur de débit de liquide imprimé en 3D (reproduit avec l’autorisation d’IOP Publishing [98]). (g) Nez de chien imprimé en 3D pour la détection de gaz (reproduit avec l’autorisation de Nature Publishing Group [109]); (h) Capteur tactile flexible imprimé en 3D (reproduit avec l’autorisation de Springer [58]); (i) Capteurs thermochromes et solvatochromes imprimés en 3D (reproduits avec la permission de John Wiley and Sons [100]).

Seuls les capteurs imprimés en 3D sont désormais suffisamment avancés pour être imprimés à des niveaux spatiaux, et avec la robotique imprimée en 4D, ces fonctionnalités peuvent être «  catégorisées et introduites  ». Il existe également la possibilité de robots souples amphibies capables d’effectuer une grande variété de tâches.

« Malgré les problèmes existants, les robots logiciels imprimés en 4D sont obtenus grâce à l’intégration de capteurs et d’actionneurs logiciels imprimés en 3D avec des algorithmes d’apprentissage automatique et FEM », ont conclu les chercheurs. «Des actionneurs et capteurs imprimés en 3D intégrés sont possibles, mais limités par la nature des matériaux utilisés. L’avenir de l’amélioration des robots logiciels fermés imprimés en 4D dépend par conséquent de l’intégration de matériaux appropriés, de méthodes d’apprentissage automatique et d’algorithmes de contrôle. « 

La robotique douce continue d’augmenter avec les sujets de recherche, des nouvelles conceptions et cadres aux adaptations continues et aux différents matériaux. Que pensez-vous de cette nouvelle? Faites-nous part de vos réflexions; rejoignez la discussion sur ce sujet et sur d’autres sujets d’impression 3D sur 3DPrintBoard.com.

Capteurs et actionneurs souples imprimés en 3D intégrés: (a) Capteur intégré imprimé en 3D dans un actionneur souple pneumatique (reproduit avec l’autorisation de SPIE [126]); (b) Pince souple imprimée en 3D avec capteurs intégrés imprimés (reproduite avec l’autorisation de John Wiley and Sons [9]); (c) Capteur tactile imprimé en 3D sur une main prothétique imprimée en 3D (reproduit avec l’autorisation de l’American Chemical Society [34]); (d) Actionneur thermique multistable imprimé 4D (reproduit avec la permission de John Wiley and Sons [150]); (e) Actionneur logiciel bistable imprimé en 3D (reproduit avec l’autorisation de MDPI [148]); (f) Actionneur souple imprimé en 3D à rigidité variable avec un circuit de chauffage joule intégré (reproduit avec l’autorisation de John Wiley and Sons [151]).

[Source / Images: ‘Closed-loop 4D-printed soft robots’]



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