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Des robots mous et interactifs prennent de l’ampleur dans les murs de l’EPFL
 
Le 21-11-2018
de MicroTech Industry® - News des associations et de la formation

Recherche. Depuis sept ans, d’étranges machines pliables ou pseudo-organiques émergent du Laboratoire de robotique reconfigurable. Une première spin-off est sur le point d’aboutir.

Le meilleur des robots est celui qui est invisible. «La machine idéale est celle que vous ne voyez plus et à laquelle vous ne devez plus rien demander explicitement, à l’image d’une femme de ménage», affirme Jamie Paik, directrice du Laboratoire de robotique reconfigurable (RRL) de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Venue d’Harvard, cette ingénieure en mécanique s’est tournée vers l’EPFL car l’établissement était très ouvert au nouveau champ des "soft robots" – les robots mous. «C’était il y a sept ans et, à cette époque, cette expression n’était pas encore entrée dans le vocabulaire des ingénieurs. C’était considéré comme une formule à la mode plutôt qu’un véritable domaine d’études. J’ai commencé à monter un laboratoire dédié à ce sujet en 2012, à partir de rien. Aujourd’hui, il compte 24 doctorants et post-doctorants, ainsi que d’innombrables étudiants de Master.»

Jamie Paik s’est intéressée à ce volet original de la robotique dans un objectif d’innovation complète. «La robotique étant étudiée depuis les années 60, bien des aspects ont déjà été optimisés», explique-t-elle. Les propriétés des matériaux comme l’acier ont déjà été largement étudiées. Il en va de même pour le design, qui était pourtant un fief d’invention pour les ingénieurs jusqu’à présent. Les méthodes de production, elles aussi, ont été largement perfectionnées. «Si vous voulez concevoir un appareil révolutionnaire, vous ne pouvez plus vous contenter d’améliorer l’un de ces trois volets. Pour insuffler un changement, il vous faut bouleverser le design, les matériaux et les procédés de fabrication. Voilà pourquoi je me suis tournée vers la robotique molle.» Le RRL qu’elle dirige permet de montrer, depuis le milieu académique, que cette disruption est réalisable à l’échelle de l’industrie. «Nous avons déjà présenté des produits très prometteurs. L’un d’entre eux, un joystick pliable tactile, sera bientôt commercialisé par la spin-off Foldaway Haptics.»

Un unique engin, de multiples fonctions

Pourquoi dès lors le laboratoire s’appelle-t-il Reconfigurable Robotics Lab, et non Soft Robotics Lab? La fondatrice répond avec philosophie: «Le sens positif du terme "soft", c’est son côté flexible; mais il a aussi un versant négatif de faiblesse. Le mot "reconfigurable" recouvre la première partie de la définition, tout en gommant la notion du manque de solidité.» En outre, le mot "soft" implique un biais: celui de l’utilisation de matériaux mous. «Bien entendu nous créons des robots souples, en silicone notamment, mais la robotique molle ne se limite pas du tout à l’utilisation de matériaux moelleux.»

Autre point: cette appellation met l’accent sur la versatilité du robot. Jamie Paik imagine des machines qui s’adaptent aux tâches qu’ils ont à effectuer, à leur environnement mais aussi au public auquel ils sont confrontés. «Imaginez un robot qui soit souple lorsqu’il interagit avec un humain et qui se rigidifie pour un autre rôle. Au-delà de cette capacité à évoluer selon la performance demandée, il pourrait se plier de façon compacte lorsqu’il est inactif, pour être rangé plus aisément. De plus, il adapterait également son comportement, par exemple face à un enfant ou à un malade. Voilà le genre de robots construits au sein du RRL.»

Une vingtaine de robots sont à l’étude dans ce département. Bien qu’ils aient tous des formes distinctes ou des combinaisons de matériaux différents, ils sont tous rattachés à l’un des deux champs d’études suivants: les robots origamis ou les matériaux mous.

Le robot origami de la spin-off Foldaway Haptics

Le premier produit nouveau-né du RRL est un dispositif haptique à retour de force: une sorte de souris du futur qui transmet les sensations. «Les dispositifs haptiques – qui ont trait au sens du toucher – ne sont pas des nouveautés. Ils sont utilisés depuis une vingtaine d’années par les chirurgiens dans le cadre de télé-opérations. Les vibrations de votre smartphone à la réception d’un message en sont aussi une application», explique Jamie Paik. Dans leurs versions les plus sophistiquées, les engins haptiques sont des systèmes qui peuvent bouger votre main et appliquer une force sur vos doigts en imitant une surface donnée. La scientifique précise: «A l’heure actuelle, les appareils et logiciels haptiques sont coûteux et encombrants, à l’exemple de ceux utilisés en chirurgie. Notre laboratoire veut banaliser cette technologie. Une telle démocratisation est rendue possible par une structure pliable, semblable à celle d’un origami.»

Un dispositif portable

Grâce à de petites révolutions en termes de production, matériel et design, le robot origami développé au sein du RRL a la taille d’une carte de crédit.

Il est conçu non pas en acier ou en aluminium, mais dans une feuille de fibre de carbone. Son coût de fabrication est assez bas et son procédé de fabrication ne requiert aucun assemblage manuel. «Le robot qui sort de production est presque fini: il est imprimé en quelques minutes avec une grande précision et pour un prix réduit puisqu’aucun humain n’est impliqué dans le processus.»

A l’heure actuelle, le projet en est à la phase de la start-up, sous la dénomination Foldaway Haptics. L’ingénieure imagine une commercialisation d’ici un an, le temps de monter un site de production. «Ce dispositif tactile peut être utilisé comme super-joystick pour piloter un drone, jouer à un jeu vidéo ou naviguer dans un environnement en réalité virtuelle. Au besoin, il corrige la position de votre main ou vous donne à sentir les obstacles qu’il rencontre en adaptant sa texture, sa direction, sa vitesse ou sa force.»

Des robots-muscles qui se raidissent sur demande

Aux côtés des machines pliables, le RRL se penche sur des dispositifs modulables qui imitent les muscles humains. «Dans l’imaginaire traditionnel, les robots sont toujours solides et rigides. Au contraire, nous créons des robots qui reproduisent le comportement des muscles et qui se ramollissent ou se durcissent. Grâce à cette versatilité contrôlée, nous créons des machines habilitées à interagir physiquement avec les êtres humains», explique la cheffe du laboratoire.

Nommée Soft Pneumatic Actuator (SPA), cette technologie suscite déjà l’intérêt de compagnies internationales. Les applications pour ce champ d’études sont liées aux wearables, c’est-à-dire aux accessoires ou vêtements intégrant des technologies portables. «Nous voulons créer des dispositifs mobiles que nous pourrons revêtir sans nous raidir comme un Terminator.» Pour le grand public, ces wearables auront une fonction d’assistance: soulager le mal de dos d’un ouvrier en construction, corriger la posture d’un employé de bureau, soutenir l’équilibre d’une personne âgée,... «L’atout d’un robot SPA, c’est sa multifonctionnalité. Vous pourrez le porter en ceinture, en veste ou en écharpe, par exemple. La même machine conviendra à différentes parties du corps, que ce soit le bas du dos pour le soulager ou le haut du dos pour corriger votre maintien.»

Multiples formes et usages

Une question reste cependant à résoudre: celle de la polyvalence de la forme des actionneurs pneumatiques mous. «En général, ce genre de dispositif cible une unique application et ne prend donc qu’une seule configuration. Mais, de notre côté, nous voulons vraiment créer un système qui s’ajuste aux divers membres du corps. Sur ce point, nous devons encore travailler.»

Les SPA sont majoritairement composés de silicone, un matériau accommodant pour la peau et qui correspond à la texture des muscles. «Pour notre confort, nous ne voulons pas porter une armure en fer. Il nous faut donc créer une structure douce, presque organique, mais qui se rigidifie comme un muscle pour nous assister.»

Les recherches touchent au spatial avec des machines bientôt promues assistantes pour astronautes

Polyglotte maîtrisant l’anglais, le coréen, le japonais et apprenant le français, Jamie Paik a étudié dans de nombreuses villes du globe: à Vancouver, à Tokyo, à Séoul, à Paris et à Boston. Cela fait maintenant dix ans que cette spécialiste des robots non-conventionnels œuvre dans le domaine de la robotique et elle est loin d’être à court d’idées.

La prochaine direction que prendront ses recherches? «L’espace», affirme-t-elle. «Vu que les robots du RRL sont conçus pour être polyvalents, l’industrie s’y intéresse peu car elle est encore guidée par le principe selon lequel un robot n’est bon qu’à une tâche. Or, le marché qui a absolument besoin de versatilité est celui de l’industrie spatiale. Comme envoyer des outils vers le cosmos est onéreux, il est impossible d’y expédier des centaines d’appareils. Il faut y amener un unique robot compétent pour plusieurs fonctions.» L’objectif immédiat du laboratoire sera l’hybridation: la création d’un robot qui concilie les avantages de la structure d’un origami et de la texture pseudo-musculaire.

La scientifique a récemment obtenu un financement du Swiss Space Center afin de travailler pour l’Agence spatiale européenne (ESA). En ligne de mire: la création d’un Soft Space System (SSS) qui assisterait les astronautes. «Ces recherches seront basées sur ce que nous avons déjà développé au sein du laboratoire mais avec des adaptations majeures. Les SPA qui fonctionnent par injection d’air comprimé seront écartés, par exemple, car ils exploseraient dans l’espace», dévoile-t-elle.

Au vu de toutes les tâches dans lesquelles les spationautes ont besoin d’assistance, le volet reconfigurable du laboratoire sera véritablement le fer-de-lance de ce nouveau projet.

Sophie Marenne
AGEFI

 



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