Le 'pull' tricoté agit comme une peau pour les robots

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Une nouvelle "peau" de chandail tricotée à la machine pourrait aider les robots à détecter le contact et la pression.

"Nous pouvons utiliser cela pour rendre le robot plus intelligent lors de son interaction avec les humains", explique Changliu Liu, professeur adjoint de robotique à l'école d'informatique de l'Université Carnegie Mellon.

Tout comme les tricoteurs peuvent prendre n'importe quel type de fil et le transformer en une chaussette, un chapeau ou un pull de n'importe quelle taille ou forme, le tissu tricoté RobotSweater peut être personnalisé pour s'adapter à des surfaces tridimensionnelles inégales.

"Les machines à tricoter peuvent modeler le fil dans des formes qui ne sont pas plates, qui peuvent être courbées ou grumeleuses", explique James McCann, professeur adjoint à l'école d'informatique dont les recherches se sont concentrées sur la fabrication textile ces dernières années. "Cela nous a fait penser que nous pourrions peut-être fabriquer des capteurs qui s'adapteraient à des robots courbes ou grumeleux."

Une fois tricoté, le tissu peut être utilisé pour aider le robot à "sentir" lorsqu'un humain le touche, en particulier dans un environnement industriel où la sécurité est primordiale. Les solutions actuelles pour détecter l'interaction homme-robot dans l'industrie ressemblent à des boucliers et utilisent des matériaux très rigides qui, selon Liu, ne peuvent pas couvrir tout le corps du robot car certaines parties doivent se déformer.

"Avec RobotSweater, tout le corps du robot peut être couvert, ce qui lui permet de détecter d'éventuelles collisions", explique Liu, dont les recherches portent sur les applications industrielles de la robotique.

Le tissu tricoté de RobotSweater se compose de deux couches de fils conducteurs fabriqués avec des fibres métalliques pour conduire l'électricité. Entre les deux se trouve une couche en forme de filet à motif de dentelle. Lorsqu'une pression est appliquée sur le tissu, par exemple lorsque quelqu'un le touche, le fil conducteur ferme un circuit et est lu par les capteurs.

"La force rapproche les lignes et les colonnes pour fermer la connexion", explique Wenzhen Yuan, professeur adjoint à l'école d'informatique et directeur du laboratoire RoboTouch. "S'il y a une force à travers les bandes conductrices, les couches se contacteraient à travers les trous."

Outre la façon de concevoir les couches tricotées, y compris des dizaines, voire des centaines d'échantillons et de tests, l'équipe a dû relever un autre défi en connectant le câblage et les composants électroniques au textile doux.

"Il y a eu beaucoup de prototypage physique fastidieux et d'ajustements", explique McCann. "Les étudiants qui y travaillaient ont réussi à passer de quelque chose qui semblait prometteur à quelque chose qui fonctionnait réellement."

Ce qui a fonctionné était d'enrouler les fils autour de boutons-pression attachés aux extrémités de chaque bande dans le tissu tricoté. Les boutons-pression sont une solution rentable et efficace, de sorte que même les amateurs qui créent des textiles avec des éléments électroniques, connus sous le nom de e-textiles, pourraient les utiliser, explique McCann.

"Vous avez besoin d'un moyen d'attacher ces choses ensemble qui soit solide, afin qu'il puisse gérer l'étirement, mais ne va pas détruire le fil", dit-il, ajoutant que l'équipe a également discuté de l'utilisation de circuits imprimés flexibles.

Une fois installé sur le corps du robot, RobotSweater peut détecter la distribution, la forme et la force du contact. Il est également plus précis et efficace que les capteurs visuels sur lesquels la plupart des robots comptent actuellement.

"Le robot se déplacera de la manière dont l'humain le pousse, ou peut répondre aux gestes sociaux humains", explique Yuan.

Dans la recherche, l'équipe a démontré que pousser sur un robot compagnon équipé de RobotSweater lui indiquait dans quelle direction se déplacer ou dans quelle direction tourner la tête. Lorsqu'il est utilisé sur un bras de robot, RobotSweater permettait à une personne de pousser la main pour guider le mouvement du bras, tandis que saisir le bras lui disait d'ouvrir ou de fermer sa pince.

Dans de futures recherches, l'équipe souhaite explorer comment programmer des réactions à partir des mouvements de balayage ou de pincement utilisés sur un écran tactile.

Les chercheurs présenteront le document de recherche RobotSweater, actuellement en préimpression, à la Conférence internationale IEEE 2023 sur la robotique et l'automatisation (ICRA). Les coauteurs supplémentaires sont de l'Université de Californie, Santa Barbara et Carnegie Mellon.

Source : Université Carnegie Mellon

Étude originale