Le robot à carapace molle utilise les fonctionnalités de l’escargot pour naviguer à travers le test de résistance de la tranchée Mariana

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  • Des chercheurs chinois ont développé des robots submersibles flexibles qui, selon les experts, pourraient un jour aider les humains à révéler les secrets des profondeurs inexplorées des vastes océans de la Terre.

    En utilisant des matériaux flexibles tels que le silicone, des commandes électroniques intégrées et distribuées et un système de propulsion bio-imitant, le professeur de l’Université du Zhejiang Tiefeng Li et ses collègues ont montré comment les ingénieurs pouvaient surmonter les limites des robots rigides dans la recherche en haute mer.

    Publiée dans Nature cette semaine, l’étude montre que des machines douces ont pu fonctionner dans la célèbre fosse des Mariannes à une profondeur de 10900 m, plus sous la surface de l’océan que le sommet du mont Everest ne se trouve au-dessus.

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    Sous pression

    Les robots rigides dans les environnements sous-marins ont du mal à résister à un stress toujours croissant au fur et à mesure qu’ils descendent. Leurs systèmes de contrôle conventionnels doivent être encapsulés et protégés contre des pressions de plus de mille fois la pression atmosphérique standard au niveau de la mer. Ils nécessitent des enceintes étanches en matériaux métalliques dont l’épaisseur et les dimensions doivent augmenter pour faire face à des profondeurs plus importantes.

    «Pour explorer des profondeurs comprises entre 3 000 m et 11 000 m, les robots et machines rigides nécessitent des récipients sous pression ou des systèmes à compensation de pression. Cependant, l’exploration en haute mer reste difficile, compte tenu du risque de défaillance structurelle dans des conditions extrêmes », ont déclaré les chercheurs.

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    Au lieu de s’engager dans cette guerre d’usure contre les éléments, l’équipe de recherche s’est inspirée de la nature.

    «Organismes à corps mou vivant à des profondeurs océaniques moyennes [of more than 1,000m] comme les poulpes et les méduses, ont été largement étudiés; leur adaptabilité a inspiré la conception de robots mous sous-marins. Les conceptions élégantes de robots souples présentent des approches prometteuses pour l’exploration en haute mer », a déclaré le document -« Robot doux autonome dans la fosse des Mariana ».

    En particulier, les chercheurs ont examiné comment l’évolution avait résolu le problème épineux du système de contrôle chez l’escargot hadal, qui a récemment été découvert à des profondeurs océaniques d’environ 8 000 m. Son corps comporte un crâne distribué, partiellement ouvert et des nageoires pectorales battantes, qui ont tous deux guidé la conception mécanique du robot doux en haute mer des chercheurs avec des actionneurs élastomères diélectriques à bord.

    Par conséquent, dans le bot de disquette de haute mer, l’électronique, y compris une batterie, une unité de micro-commande et un amplificateur de tension, est encapsulée dans une matrice à l’intérieur d’un polymère. «Si les composants électroniques sont densément regroupés sur une seule carte de circuit imprimé, les tests de pression indiquent que des pannes se produisent à leurs interfaces», indique le document de recherche.

    Le robot mou à côté de l'escargot qui a inspiré sa construction.  Pic: Nature

    Le robot mou à côté de l’escargot qui a inspiré sa construction. Pic: Nature

    Pour améliorer la résistance à la pression, les boffins ont atténué la contrainte de cisaillement en utilisant une conception décentralisée dans laquelle les composants étaient connectés par fil ou séparés sur plusieurs circuits imprimés plus petits. Ils ont également détaché le transformateur de la carte de circuit imprimé et augmenté la distance entre les micropuces en supprimant les contacts rigides directs entre les composants électroniques.

    Pendant ce temps, pour la propulsion, les ailerons sont attachés à des muscles artificiels qui sont constitués d’un matériau souple qui convertit l’énergie électrique en travail mécanique. De minuscules structures solides relient mécaniquement les muscles contractants aux nageoires, les faisant battre.

    Les résultats des tests en laboratoire ont montré que les contraintes, sous la même pression sur les composants, étaient bien inférieures à celles de la conception centralisée et rigide du robot.

    Le robot a été testé avec succès dans la mer de Chine méridionale, où il a nagé librement en battant la locomotion. Il a également subi des tests dans la fosse des Mariannes où il a été attaché à un robot sous-marin conventionnel, qui a également pris des images de la mission.

    Ce n’est pas vraiment rapide cependant, nageant à environ 5 cm par seconde.

    Pourtant, les progrès remarquables dans la conception de robots pour les environnements sous-marins extrêmes pourraient aider à révéler davantage cette étendue largement inexplorée de la Terre. Le nombre de personnes qui sont descendues dans la fosse des Mariannes peut être compté d’une seule main, moins que celles qui ont marché sur la Lune.

    Dans un article d’accompagnement, le professeur Cecilia Laschi du Département de génie mécanique de l’Université nationale de Singapour et Marcello Calisti, maître de conférences à l’Université de Lincoln au Royaume-Uni, ont déclaré: «La recherche de Li et de ses collègues repousse désormais les limites de ce qui peut être réalisé: le remplacement des boîtiers de protection rigides pour les composants électroniques par une électronique distribuée intégrée dans un matériau souple ouvre la voie à une nouvelle génération d’explorateurs des grands fonds.

    De tels robots pourraient «aider les chercheurs à explorer les vastes profondeurs inexplorées des océans», ont déclaré les commentateurs.

    Mais il est clair qu’il faut travailler sur la vitesse du robot. Il ne pourrait pas résister à des perturbations importantes et pourrait facilement être emporté par les courants sous-marins. ®

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