Des ingénieurs ont créé des robots souples-rigides sans moteur, utilisant la chaleur et des structures origami pour se mouvoir.

Une innovation de Princeton : des robots hybrides souple-rigide à base d’élastomères à cristaux liquides et d’électronique intégrée, capables de se déplacer par déformation pilotée du matériau

Des ingénieurs de l’université de Princeton ont mis au point des robots hybrides souple-rigide qui fonctionnent sans moteurs ni pompes pneumatiques. En s’appuyant sur un matériau imprimable spécifique - un élastomère à cristaux liquides - et sur des principes inspirés de l’origami, ils sont parvenus à créer des robots capables de se mouvoir grâce à des changements de forme contrôlés, sans usure liée à des mécanismes classiques.

Les robots de robotique souple visent des mouvements fluides et des transformations de géométrie, mais, dans la pratique, ils restent souvent tributaires de moteurs encombrants ou d’infrastructures externes. L’équipe de Princeton a combiné impression 3D, électronique flexible et chauffage contrôlé d’un polymère pour obtenir un déplacement directement produit par la matière elle-même.

Pour illustrer cette approche, les chercheurs ont réalisé un robot en forme de grue d’origami. Lorsqu’un champ électrique est appliqué, la grue se met à battre des ailes et peut exécuter des séquences de mouvements programmables. Cette avancée ouvre de nouvelles perspectives d’utilisation en robotique souple.

Grâce à l’imprimante 3D, l’équipe a fabriqué un polymère comportant des zones à motifs définis. Le caractère « cristaux liquides » de l’élastomère conduit les molécules du polymère à s’aligner selon une organisation ordonnée. En programmant l’impression, les chercheurs ont imposé des orientations moléculaires dans des directions précises, de manière à former des charnières intégrées. Lorsque le matériau est chauffé, ces charnières se courbent de façon prévisible, produisant ainsi le mouvement du robot.

L’électronique flexible a été incorporée directement au niveau des charnières du matériau : la souplesse des circuits imprimés a permis leur intégration au cœur même de la structure. Le système a été conçu pour chauffer des zones ciblées du polymère, tandis que des capteurs de température embarqués ont assuré une régulation en boucle fermée, permettant au robot d’ajuster sa réponse en temps réel.

Afin d’obtenir des mouvements plus précis et reproductibles, l’équipe a rigidifié les zones situées entre les charnières au moyen de fines plaques en fibre de verre, fixées aux cartes flexibles. Cette architecture a rendu possible un déplacement sans recours à des moteurs.

Pour piloter des actions comme le pliage et le dépliage, les chercheurs se sont appuyés sur des modèles mathématiques fondés sur des motifs d’origami. David Bershadsky, co-auteur du projet à l’université du Texas, a précisé : « La contribution principale, c’est l’intégration de la science des matériaux et de la robotique, avec un accent sur les possibilités de fabrication ».

Bershadsky a également conçu un outil logiciel disponible sur GitHub, destiné à aider d’autres équipes à créer leurs propres robots. Cet outil reprend des données de l’article publié dans la revue Advanced Materials, afin de faciliter les essais, l’expérimentation et la poursuite du développement.