Imprimer des exosquelettes flexibles pour les robots insectes

Les insectes sont une source d’inspiration pour la conception et le contrôle de robots volants, nageurs ou encore marcheurs. Une des caractéristiques intéressantes de ces insectes est leur squelette externe, appelé exosquelette, qui remplit différentes fonctions telles que le support structurel, la flexibilité articulaire ou encore la protection du corps. Très complexes, ces exosquelettes sont un défi majeur dans la fabrication de robots inspirés des insectes.

Des chercheurs de l’Université de Californie, à San Diego, se sont intéressés aux méthodes de fabrication de ces exosquelettes et ont fait ce constat : “Les robots hybrides composés d’éléments rigides et souples ont auparavant nécessité l’accès à des imprimantes 3D multi-matériaux coûteuses, des processus de moulage et d’usinage en plusieurs étapes ou un choix limité de matériaux lors de l’utilisation de méthodes de fabrication de qualité grand public”, expliquent-ils dans leur article (lequel vous propose différents visuels issus de l’étude) . Ils ont alors mis au point un nouveau processus afin d’imprimer des composants pour des robots dotés d’une structure exosquelettique. Baptisé Flexoskeleton, ce processus permet la fabrication rapide et accessible de robots hybrides, à la fois rigides et souples.

Une adaptation d’imprimante 3D

Le procédé Flexoskeleton utilise une imprimante 3D à dépôt de matière fondue (FDM) et des matériaux à filament rigide standard ABS et PLA accessibles. “L’avancée fondamentale de notre méthode repose sur l’impression 3D de ces filaments rigides directement sur un film thermoplastique chauffé qui fournit une couche de base flexible mais solide au matériau déposé” expliquent les chercheurs. Plus précisément, les chercheurs collent une fine couche de polycarbonate sur le lit chauffé. “Nous obtenons une très forte adhérence entre le matériau imprimé en 3D et cette couche de base, ce qui permet l’impression de structures flexibles résilientes”. Selon les chercheurs, le processus améliore ainsi la résistance à la fatigue des composants imprimés.

Pour valider leur procédé d’impression, l’équipe de recherche a imprimé un petit robot marcheur à quatre pattes doté d’un flexosquelette, et actionné par 4 micros servos (le modèle Tower Pro SG92R). L’exosquelette lui sert à la fois de protection mais également de transmission mécanique pour apporter la puissance nécessaire aux pattes pour se déplacer. “L’exosquelette est un continuum multi-matériaux dans lequel les tissus rigides et mous sont organisés en arrangements tridimensionnels complexes”, ajoutent les chercheurs. “Leur agencement forme des systèmes mécaniques fonctionnels, comme des ressorts ou des engrenages”. Avec cette méthode d’impression, les chercheurs espèrent permettre la fabrication de nouveaux robots inspirés des insectes.