Des chercheurs d’Harvard impriment en 3D des muscles artificiels qui rapprochent les robots du vivant

Se tordre, se plier et retrouver sa forme, c'est ce qu'il y a de plus naturel dans la nature. Hormis sa structure osseuse, notre corps biologique est souple et cette flexibilité est loin d'être acquise chez les robots humanoïdes.

On peut certes les voir gesticuler, mener des chorégraphies spectaculaires dans de nombreuses vidéos, mais leurs membres sont animés par des moteurs électriques, des systèmes hydrauliques et pneumatiques qui restent rigides. Les mouvements manquent donc de grâce et de fluidité et lorsqu'ils perdent l'équilibre, les robots chutent lourdement.

Pour éliminer cette contrainte, des labos planchent depuis longtemps sur l'équivalent des muscles humains pour robots. Des muscles artificiels pneumatiques gonflés avec l'air comprimé ont déjà été élaborés. D'autres systèmes exploitent des polymères électroactifs, des matériaux magnétiques ou encore des systèmes de tendons actionnés par câbles.

Globalement toutes ces innovations sont inspirées du corps humain, mais elles ne sont pas vraiment au point, sont lourdes, énergivores ou trop volumineuses pour pouvoir être implantées sur des robots.

Des robots qui montrent les muscles

Aux États-Unis, des chercheurs de l'école d'ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson de Harvard ont créé une méthode qui pourrait rapprocher un peu plus les robots des corps biologiques. Ils ont imprimé en 3D des filaments artificiels semblables à des muscles, dont le mouvement est programmé directement dans le matériau.

Le procédé combine deux types de matériaux souples : un élastomère à cristaux liquides « actif », qui change de forme sous l'effet de la chaleur, et un élastomère passif, qui résiste à la déformation.

En imprimant ces deux matériaux côte à côte et en créant un maillage avec eux, il est possible de contrôler avec précision le comportement des différentes parties du filament. Sous l'effet d'une impulsion chaude, le matériau actif se contracte dans un sens et le matériau passif s'oppose à cette contraction. Ces deux effets viennent contraindre la structure à se courber, à se tordre ou se replier sur elle-même.

Des freins difficiles à régler

Il n'y a donc pas d'engrenage, d'articulations rigides. Le système est très proche des capacités d'un véritable muscle. Pour le moment, il ne s'agit que d'un travail de labo, mais sur la vidéo diffusée par l'équipe, le résultat est séduisant. Les chercheurs ont même créé des pinces souples capables de se poser sur des objets, de les serrer, de les soulever, puis de les relâcher.

Les scientifiques n'envisagent pas forcément de doter les robots humanoïdes de ce genre de muscles. Ils imaginent plutôt des pinces robotiques souples adaptatives, des dispositifs biomédicaux, ou encore des structures thermosensibles. Si le principe est très séduisant, il réside deux gros inconvénients. Il faut de la chaleur pour contracter la structure, ce qui implique un temps de réponse qui n'est pas immédiat. Et puisqu'il est nécessaire de chauffer le matériau, l'efficacité énergétique reste également un défi majeur. Bref, autant dire que les robots humanoïdes ne sont pas encore prêts à se mesurer aux humains dans les salles de musculation.