Robot de marche à quatre pattes plus petit qu'une tête de fourmi

À notre connaissance, le plus petit robot ambulant du monde

Il y a quelques années, Spectrum IEEE a déjà écrit sur les plus petits robots à quatre pattes qui existaient alors - seulement 20 mm de taille, avec une hauteur de jambes de 5,6 mm et un poids de 1,5 g. Son développeur, Ryan Saint-Pierre du laboratoire de Sarah Bergbreiter à l'Université du Maryland, nous a également montré une photographie d'un robot encore plus petit ne pesant que 100 mg. Lorsque nous avons vu tout cela lors de la conférence ICRA 2016, nous avons demandé à Ryan s'il allait aller plus loin sur la voie de la réduction:

«Il est toujours intéressant de résoudre le problème de la fabrication des plus petits robots possibles», nous a-t-il expliqué. - Alors que je travaille sur la création d'un robot selon le même schéma, de 2,5 mm de long, ce qui est un ordre de grandeur plus petit que ce que nous avons présenté à l'ICRA. Les petits robots sont plus faciles à pénétrer dans les endroits où les grands ne peuvent pas ramper, et une variété de tailles augmente leur utilité. »

Mais il s'est avéré qu'une seule commande n'était pas suffisante, et à la place Saint-Pierre a développé un robot à quatre pattes 10 fois moins que prévu: il ne pèse qu'un milligramme, et moins qu'une tête de fourmi.

Ryan nous a envoyé des vidéos d'un robot qui fonctionne, bien qu'il soit difficile d'imaginer à quel point il est petit. Pour l'échelle, imaginez une fourmi - elle n'est pas très grande, seulement quelques centimètres de long, et la taille du microrobot est de 2,5 mm × 1,6 mm × 0,7 mm. Son circuit ressemble à des robots à membres rotatifs, comme RHex , dont la masse est un million de fois supérieure à celle de ce micro-tétrapode.


Comme ses prédécesseurs, ce robot est trop petit pour utiliser l'électronique ou les moteurs traditionnels. Ses jambes sont contrôlées par des champs magnétiques externes, affectant de minuscules aimants cubiques intégrés dans les jambes. Les champs magnétiques rotatifs font tourner les aimants, ce qui donne aux jambes une vitesse de rotation allant jusqu'à 150 Hz. En plaçant les aimants dans les jambes de différentes manières, vous pouvez réaliser différents types de démarche. La vitesse maximale du robot est impressionnante de 37,3 mm / s, soit 14,9 longueurs de son corps par seconde, et, étonnamment, le robot s'est avéré assez résistant, ayant survécu à un million de cycles de fonctionnement "sans signes d'usure visibles ni efficacité réduite".

Pour en savoir plus, notamment des exemples concrets d'utilisation de tels robots, nous avons discuté par mail avec Ryan Saint-Pierre.

IEEE Spectrum : Pouvez-vous comparer vos robots avec d'autres robots de marche à petite échelle?

Ryan Saint-Pierre : Dans ce travail, l'un des micro-robots les plus petits et les plus rapides utilisant des jambes pour se déplacer est présenté. Il existe des microrobots plus petits, mais ils n'utilisent généralement pas de jambes pour se déplacer. Ces travaux permettent d'améliorer la compréhension de la dynamique du mouvement à l'échelle du milligramme, tant en robotique qu'en biologie.


Un robot milligramme à côté de la tête d'une fourmi séchée paraponera clavata tropicale

Le papier prétend que l'orientation des aimants dans les jambes conduit à une manière de mouvement de saut du robot. Pourquoi une telle démarche a-t-elle été choisie et quels pourraient être les avantages potentiels d'une autre démarche?

La démarche peut être réglée mécaniquement en choisissant l'orientation des aimants les uns par rapport aux autres. Au départ, j'ai choisi l'option de saut, lorsque les quatre aimants sont dirigés dans une seule direction, pour faciliter l'assemblage et la disposition manuels des aimants. Dans les versions suivantes, j'ai utilisé le trot lorsque la disposition diagonale des aimants coïncidait. La démarche s'avère importante lorsque vous vous déplacez sur des terrains lisses et accidentés, et il est probablement nécessaire de changer de démarche lors du changement de surfaces, mais à ce stade du projet, ce n'est pas possible.

Quelle est l'utilisation potentielle de robots à quatre pattes de cette taille?

La toute première chose est d'aider à comprendre la dynamique du mouvement avec les pieds à l'échelle du milligramme et d'obtenir des modèles informatiques et physiques plus représentatifs des fourmis en cours d'exécution. Une meilleure compréhension des principes fondamentaux du mouvement à l'échelle du milligramme sera utile pour le développement et la gestion de robots autonomes de cette échelle.

Pouvez-vous rendre le robot encore plus petit? Quels sont les avantages et les défis?

Certainement possible. Tout dépend de la technologie disponible pour la production de matériau magnétique et du corps du robot. Mais si vous réduisez la taille, en laissant le même schéma de transfert d'effort aux jambes, des problèmes peuvent survenir. Les forces de friction commenceront à dominer au niveau des articulations, ce qui nécessitera une augmentation du couple pour faire tourner les jambes et réduire l'efficacité du mouvement. Une réduction de taille par rapport au milligramme actuel nécessitera un changement de stratégie motrice. Cependant, réduire l'échelle sans changer le schéma de travail et transférer les efforts nous donnera des idées sur la mise à l'échelle du mouvement du sol à l'aide des jambes, révélera des restrictions fondamentales sur le mouvement et donnera des idées sur la pression évolutive dans les systèmes biologiques.

J'avoue, je suis déçu par le manque de plans pour envoyer immédiatement ces petits robots à l'intérieur de notre corps afin qu'ils y courent et réparent tout, cependant, les objectifs à venir associés à l'étude du mouvement des robots avec des jambes à petite échelle peuvent devenir de très petits pas dans cette direction.

L'œuvre «Un robot 3D milligramme avec des jambes se déplaçant à une vitesse de 15 longueurs de corps par seconde» par Ryan Saint-Pierre, Walker Gosrich et Sarah Bergbreiter de l'Université du Maryland (qui travaille maintenant à l'Université Carnegie Mellon) a été présentée à 2018 Hilton Head Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Workshop conférences, où elle a reçu un prix pour le meilleur travail.