Les chercheurs ont conçu une main robotique peu coûteuse et économe en énergie qui peut saisir une gamme d'objets - et non les laisser tomber - en utilisant uniquement le mouvement de son poignet et la sensation dans sa "peau".

Saisir des objets de différentes tailles, formes et textures est un problème facile pour un humain, mais difficile pour un robot. Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont conçu une main robotique souple imprimée en 3D qui ne peut pas bouger ses doigts de manière indépendante, mais qui peut toujours effectuer une gamme de mouvements complexes.

La main du robot a été entraînée à saisir différents objets et a pu prédire si elle les laisserait tomber en utilisant les informations fournies par les capteurs placés sur sa "peau".

Ce type de mouvement passif rend le robot beaucoup plus facile à contrôler et beaucoup plus économe en énergie que les robots avec des doigts entièrement motorisés. Les chercheurs affirment que leur conception adaptable pourrait être utilisée dans le développement de robots à faible coût capables de mouvements plus naturels et capables d'apprendre à saisir un large éventail d'objets. Les résultats sont publiés dans la revue Systèmes intelligents avancés.

Dans le monde naturel, le mouvement résulte de l'interaction entre le cerveau et le corps. Cela permet aux personnes et aux animaux de se déplacer de manière complexe sans dépenser d'énergie inutile. Au cours des dernières années, les composants souples ont commencé à être intégrés dans la conception robotique grâce aux progrès des techniques d'impression 3D, qui ont permis aux chercheurs d'ajouter de la complexité à des systèmes simples et économes en énergie.

La main humaine est très complexe, et recréer toute sa dextérité et son adaptabilité dans un robot est un défi de recherche colossal. La plupart des robots avancés d'aujourd'hui ne sont pas capables d'effectuer des tâches de manipulation que les petits enfants peuvent effectuer facilement. Par exemple, les humains savent instinctivement quelle force utiliser pour ramasser un œuf, mais pour un robot, c'est un défi : trop de force, et l'œuf pourrait se briser ; trop peu, et le robot pourrait le laisser tomber. De plus, une main de robot entièrement actionnée, avec des moteurs pour chaque articulation de chaque doigt, nécessite une quantité d'énergie importante.

Dans le laboratoire de robotique bio-inspirée du professeur Fumiya Iida au département d'ingénierie de Cambridge, les chercheurs ont développé des solutions potentielles aux deux problèmes : une main de robot capable de saisir une variété d'objets avec la bonne pression tout en utilisant une quantité minimale d'énergie.

"Dans des expériences antérieures, notre laboratoire a montré qu'il est possible d'obtenir une amplitude de mouvement significative dans une main de robot simplement en déplaçant le poignet", a déclaré le co-auteur, le Dr Thomas George-Thuruthel, qui est maintenant basé à l'University College de Londres ( UCL) Est. "Nous voulions voir si une main de robot basée sur le mouvement passif pouvait non seulement saisir des objets, mais serait capable de prédire si elle allait laisser tomber les objets ou non, et s'adapter en conséquence."

Les chercheurs ont utilisé une main anthropomorphique imprimée en 3D implantée avec des capteurs tactiles, afin que la main puisse sentir ce qu'elle touchait. La main n'était capable que d'un mouvement passif basé sur le poignet.

L'équipe a effectué plus de 1 200 tests avec la main du robot, observant sa capacité à saisir de petits objets sans les faire tomber. Le robot a été initialement formé à l'aide de petites balles en plastique imprimées en 3D, et les a saisies en utilisant une action prédéfinie obtenue grâce à des démonstrations humaines.

"Ce type de main a un peu d'élasticité: elle peut saisir des choses par elle-même sans aucun actionnement des doigts", a déclaré le premier auteur, le Dr Kieran Gilday, qui est maintenant basé à l'EPFL à Lausanne, en Suisse. "Les capteurs tactiles donnent au robot une idée de la qualité de la prise en main, de sorte qu'il sait quand il commence à glisser. Cela l'aide à prédire quand les choses vont échouer."

Le robot a utilisé des essais et des erreurs pour savoir quel type de prise serait efficace. Après avoir terminé l'entraînement avec les balles, il a ensuite tenté de saisir différents objets dont une pêche, une souris d'ordinateur et un rouleau de papier bulle. Dans ces tests, la main a réussi à saisir 11 objets sur 14.

"Les capteurs, qui ressemblent un peu à la peau du robot, mesurent la pression appliquée à l'objet", a déclaré George-Thuruthel. "Nous ne pouvons pas dire exactement quelles informations le robot obtient, mais il peut théoriquement estimer où l'objet a été saisi et avec quelle force."

"Le robot apprend qu'une combinaison d'un mouvement particulier et d'un ensemble particulier de données de capteur entraînera un échec, ce qui en fait une solution personnalisable", a déclaré Gilday. "La main est très simple, mais elle peut ramasser beaucoup d'objets avec la même stratégie."

"Le gros avantage de cette conception est l'amplitude de mouvement que nous pouvons obtenir sans utiliser d'actionneurs", a déclaré Iida. "Nous voulons simplifier la main autant que possible. Nous pouvons obtenir beaucoup de bonnes informations et un haut degré de contrôle sans aucun actionneur, de sorte que lorsque nous les ajouterons, nous obtiendrons un comportement plus complexe dans un ensemble plus efficace. "

Une main robotique entièrement actionnée, en plus de la quantité d'énergie qu'elle nécessite, est également un problème de contrôle complexe. La conception passive de la main conçue par Cambridge, utilisant un petit nombre de capteurs, est plus facile à contrôler, offre une large gamme de mouvements et rationalise le processus d'apprentissage.

À l'avenir, le système pourrait être étendu de plusieurs manières, par exemple en ajoutant des capacités de vision par ordinateur ou en apprenant au robot à exploiter son environnement, ce qui lui permettrait de saisir un plus large éventail d'objets.