Il y a beaucoup d’intérêt pour le développement de robots suffisamment agiles pour naviguer dans des espaces restreints. Cette capacité peut être utile, par exemple, lors de l’évaluation de zones sinistrées ou de pipelines.
Cependant, le choix de la bonne conception est essentiel au succès de telles applications.
« Bien que les robots à pattes soient très prometteurs pour une utilisation dans des applications du monde réel, ils trouvent toujours difficile de travailler dans des espaces confinés », explique Qing Shi, professeur à l’Institut de technologie de Pékin. « Les grands robots à quatre pattes ne peuvent pas pénétrer dans des espaces restreints, tandis que les petits robots à quatre pattes peuvent pénétrer dans des espaces restreints mais ont des difficultés à effectuer des tâches en raison de leur capacité limitée à transporter de lourdes charges. »
Au lieu de concevoir un grand robot à quatre pattes, ou micro-robot, Shi et ses collègues ont décidé de créer un robot inspiré d’un animal très habile à se faufiler dans des espaces restreints et à tourner en rond : le rat.
Dans une étude publiée le 7 avril dans Transactions IEEE sur la robotique, ils démontrent comment leur nouveau robot SQuRo (Small-Size Quadruped Robotic Rat) inspiré des rats peut marcher, ramper et escalader des objets et tourner brusquement avec une agilité sans précédent. De plus, comme son modèle organique, SQuRo peut se remettre des chutes.
Shi et ses collègues ont d’abord utilisé des rayons X prélevés sur de vrais rats pour mieux comprendre l’anatomie de l’animal, en particulier ses articulations. Ils ont ensuite conçu SQuRO pour qu’il ait une structure, des schémas de mouvement et des degrés de liberté (DOF) similaires à ceux des rongeurs qu’ils ont étudiés. Cela comprend deux DOF dans chaque membre, la taille et la tête ; La configuration permet au robot de reproduire le mouvement flexible de la colonne vertébrale d’un vrai rat.
SQuRo a ensuite été mis à l’épreuve à travers une série d’expériences, examinant d’abord sa capacité à effectuer quatre mouvements clés : s’accroupir pour se tenir debout, marcher, rouler et ramper. Les résultats de virage ont été particulièrement impressionnants, SQuRo démontrant qu’il peut tourner sur un rayon très serré de moins de la moitié de sa propre longueur de corps. « Le rayon de braquage en particulier est beaucoup plus petit que celui des autres robots, ce qui garantit un mouvement agile dans les espaces les plus restreints », explique Shi.
Ensuite, les chercheurs ont testé SQuRo dans des scénarios plus exigeants. Dans une situation qu’ils ont développée, le rongeur robotique a dû se frayer un chemin à travers un passage étroit et irrégulier qui imitait un environnement de grotte. SQuRo a réussi à naviguer dans le passage. Dans un autre scénario, SQuRo a remorqué avec succès un poids de 200 grammes (représentant 91 % de son propre poids) à travers un champ avec des pentes allant jusqu’à 20 degrés.
Un rat robot qui peut tout faire
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Il est important de noter que tout robot naviguant dans des zones sinistrées, des pipelines ou d’autres environnements difficiles doit être capable de franchir tous les obstacles qu’il rencontre. Dans cet esprit, les chercheurs ont également conçu SQuRo afin qu’il puisse s’incliner sur ses hanches et positionner ses pattes avant pour grimper sur un objet, un peu comme le font les vrais rats. Dans une expérience, ils montrent que SQuRo peut surmonter des obstacles de 30 millimètres de haut (soit 33 % de sa propre hauteur) avec un taux de réussite de 70 %. Dans une dernière expérience, SQuRo a pu se redresser après être tombé sur le côté.
« Au meilleur de notre connaissance, SQuRo est le premier petit robot à quatre pattes de cette échelle capable de cinq modes de mouvement, y compris s’accroupir pour se tenir debout, marcher, ramper, tourner et récupérer après une chute », a déclaré Shi.
Il dit que l’équipe est intéressée par la commercialisation du robot et prévoit d’améliorer son agilité grâce à un contrôle en boucle fermée et à une analyse dynamique approfondie. « De plus, nous installerons plus de capteurs sur le robot pour effectuer des tests sur le terrain dans des pipelines étroits et non structurés », explique Shi. « Nous sommes convaincus que SQuRo a le potentiel d’être utilisé dans le pipeline [fault] Détection après avoir équipé de caméras et autres capteurs de détection.