Des actionneurs pneumatiques propulsent les robots vers les vitesses du Cheetah

Apr 03, 2024

ralentigli/iStock

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Les robots à quatre pattes sont devenus de plus en plus populaires ces dernières années, grâce à leur polyvalence et leur agilité. Alimentés par des moteurs électriques, ces robots quadrupèdes peuvent offrir un contrôle précis et des mouvements agiles, avec l'arrivée sur le marché d'un certain nombre de chiens robots destinés au consommateur ces dernières années.

Cependant, il y a une chose que les moteurs électriques ne peuvent pas égaler : la puissance instantanée des muscles biologiques.

C'est là qu'interviennent les actionneurs hydrauliques, permettant à des robots comme l'Atlas de Boston Dynamic d'effectuer des exploits impressionnants comme des backflips. Cependant, récemment, l'unité de robotique africaine de l'université du Cap en Afrique du Sud s'est tournée vers une méthode de déplacement plus traditionnelle pour ses robots : la pneumatique.

Inspirés par les mouvements ultra-rapides des guépards, les chercheurs ont exploré le potentiel de la pneumatique comme alternative à l’hydraulique. Utilisant le gaz comme fluide de travail au lieu d'un liquide, le système pneumatique offre un rapport force/poids élevé sous une forme simple et rentable.

Le système pneumatique offre également une conformité intégrée, ce qui fait défaut dans le système hydraulique. Bien que les systèmes pneumatiques ne soient pas faciles à contrôler, les chercheurs ont découvert qu’un contrôle compliqué n’est peut-être pas nécessaire pour faire fonctionner un robot comme un guépard.

Les guépards sont les animaux terrestres les plus rapides de la planète et sont réputés pour courir à des vitesses de 70 miles par heure (113 kilomètres par heure) en courtes rafales. Au cours de cette brève accélération, les guépards peuvent parcourir une distance d’environ 460 mètres (1 509 pieds) et ne mettre que 3 secondes pour atteindre leur vitesse maximale.

Amir Patel, professeur agrégé à l'Université du Cap, explique : "Nous affirmons qu'un contrôle précis de la force n'est peut-être pas nécessaire pour une maniabilité rapide."

Alors que l’hydraulique est plus complexe, plus coûteuse et plus compliquée en cas d’explosion, la pneumatique offre une alternative négligée mais puissante. Les animaux qui nécessitent un mouvement explosif de leurs membres, comme les guépards, pourraient être une source d'inspiration pour exploiter le potentiel de la pneumatique.

Patel et son équipe ont construit un robot quadrapède appelé Kemba pour explorer l'accélération rapide et la maniabilité que la pneumatique peut offrir.

Regardez Kemba en action ci-dessous :

Avec l'aide d'une perche, Kemba, pesant 7 kilogrammes, peut sauter à plusieurs reprises jusqu'à une hauteur de 0,5 mètre avec des atterrissages contrôlés et atteindre une hauteur de saut maximale de 1 mètre.

Cependant, la recherche ne se concentre pas uniquement sur la hauteur de saut ou la vitesse de pointe. Patel souligne qu'ils se concentrent sur la phase transitoire de la locomotion, comme une accélération rapide à partir d'un arrêt ou un arrêt à une allure à grande vitesse. Cette phase de mouvement souvent négligée est cruciale pour comprendre toutes les capacités des robots à pattes.

Bien que Kemba soit actuellement attaché et que des améliorations futures soient prévues, telles que l'ajout d'une colonne vertébrale et d'une queue, le potentiel de l'approche pneumatique est prometteur.

Patel envisage que Kemba devienne une plate-forme que les biologistes pourraient utiliser pour étudier la biomécanique du mouvement animal. La réduction du coût des robots à pattes constitue un avantage supplémentaire de l’approche pneumatique, qui pourrait à terme rendre les robots à pattes plus accessibles à un public plus large.

Même s'il reste encore un long chemin à parcourir avant que les robots à pattes puissent égaler les capacités des vrais guépards, la combinaison innovante de moteurs pneumatiques et électriques offre de nouvelles possibilités d'accélération et de maniabilité rapides.