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La robotique déformable s’invente à Lille

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Par publié le à 11h37

La robotique déformable s’invente à Lille

Développé par l'équipe Defrost, ce robot réagit lorsqu'on applique une pression pour maintenir sa position.

L’équipe-projet Defrost d’Inria est la seule équipe en France à plancher sur les robots mous et déformables. Dirigée par Christian Duriez, elle développe les logiciels qui permettront de concevoir, simuler et contrôler les mouvements de ces robots du futur, directement inspirés de la nature.

Des petites pièces imprimées en 3D, des clés anglaises et des tournevis dispersés sur une table à droite. Des équations et des schémas jetés sur deux grands tableaux accrochés aux murs. Un peu plus loin, une sorte de colonne vertébrale en plastique et des composants électroniques. Au fond, un compresseur d’air. Et, au milieu du chemin, à nos pieds, un étrange dispositif en silicone relié à des actionneurs par un système de câbles. Nous sommes à Villeneuve d’Ascq, dans les locaux du centre Inria Lille – Nord Europe, et plus précisément dans le bureau de Christian Duriez. C’est ici, au milieu des prototypes et dans un univers de bidouillage, que le chercheur planche sur la robotique déformable.

Des robots bioinspirés

Christian Duriez est à la tête de l’équipe Defrost (pour Deformable Robotic Software), la seule en France à travailler sur cette discipline émergente, qui s’inspire directement de la nature. « Actuellement, en robotique, les mouvements sont créés au niveau de l’articulation. Or, dans la nature les mouvements sont créés par déformation », explique le directeur de recherche, qui voit dans le biomimétisme un moyen de mettre au point des systèmes plus simples, plus sûrs, plus robustes et tout aussi efficaces.

Cette nouvelle discipline, étudiée par une poignée de laboratoires aux Etats-Unis et en Italie notamment, vise à développer de nouveaux types de robots adaptés à des milieux fragiles ou hostiles. Elle a donné naissance à des prototypes et des produits étonnants. Parmi eux : un robot inspiré de la trompe des éléphants (Festo), un petit robot chenille capable de se transformer en roue (Tufts University) ou encore un tentacule robotisée (Ecole supérieure Saint-Anne de Pise) et un robot poulpe dépourvu d’électronique (Harvard).

Une infinité de degrés de liberté

Les chercheurs de l’équipe Defrost planchent, eux, sur la partie software. Leurs travaux doivent d’abord aider à la conception du robot. « Concevoir un robot déformable n’est pas intuitif, explique Christian Duriez. Si je change un matériau, la déformation du robot va être modifiée et il faut recommencer de zéro. La CAO joue donc un rôle encore plus important qu’en robotique classique. » Ensuite, la modélisation doit permettre de simuler le comportement du robot dans son environnement.

Avec les robots déformables, les interactions avec l’environnement sont désirées et l’environnement peut, lui-même, être déformable. Il doit donc être pris en compte dans le modèle. Enfin, la partie logicielle intervient pour la planification et le contrôle des mouvements en temps réel.

Ce dernier aspect est particulièrement épineux. Alors que les robots classiques les plus complexes comportent 30 degrés de liberté, les robots mous ont, théoriquement, une infinité de degrés de liberté. Le dernier prototype de l’équipe Defrost en compte, par exemple, 4800. Il est alors impossible de travailler avec les modèles analytiques habituellement utilisés. Les chercheurs ont donc basculé dans une approche basée sur un modèle d’éléments finis complexe. L’équipe ne part, toutefois, pas de zéro et capitalise sur un historique dans la conception et le développement de logiciels interactifs dans la simulation chirurgicale, les travaux de Christian Duriez étant à l’origine de la start-up InSimo.

Dans 10 ans, des robots chirurgiens déformables

Côté applications, plusieurs champs sont envisagés. L’équipe travaille notamment avec le King’s College de Londres sur la mise au point d’un endoscope robotisé flexible dans le cadre du Stiff Flop European Project. Ce dernier doit être capable de se faufiler dans le corps, sans abimer les tissus. « Il faut compter encore 10 ans pour qu’un tel dispositif soit mature d’un point de vue technologique », tient à souligner Christian Duriez. D’ici là, d’autres usages verront sans doute le jour. Par exemple, le chercheur croît beaucoup au potentiel des orthèses déformables pour assister les mouvements d’une personne. Elles ont l’avantage d’être beaucoup moins invasives que les exosquelettes actuels. A l’avenir, ces orthèses pourront même être intégrées directement aux vêtements, prédit l’expert.

Autre utilisation possible : des objets capables de changer de forme. D'autres applications moins spectaculaires sont même d’ores et déjà déployées dans l’industrie. C’est le cas, par exemple, des préhenseurs qui s’appuient sur le concept du granular jamming pour saisir des objets de formes différentes. Une membrane souple est remplie de granules, qui se compressent lorsque l’air est aspiré de manière à augmenter la densité et donc la rigidité du dispositif. Plus généralement, les robots mous et déformables auront l’avantage d’absorber les déformations et les coups. De quoi les rendre plus résistants. « On peut imaginer des robots capables de se faufiler sous les débris pour secourir des personnes en danger » projette le chercheur intarissable sur le sujet. 

  • Bureau Christian Duriez

    Christian Duriez dirige l'équipe projet Defrost (Deformable Robotic Software). Fondée il y a deux ans. elle travaille sur les nouvelles méthodes de conception, modélisation, contrôle et interaction adaptées aux robots déformables.

  • Robot déformable prototype

    Ce prototype de robot mou s'appuie sur un principe antagoniste pour se déformer et se rigidifier. De l'air comprimé circule à travers les cavités en silicone tandis que des câbles reliés à des moteurs (faisant office de tendons) tirent dans le sens opposé. Au total, le prototype embarque 12 actionneurs.

  • Robot mou déformable logiciel

    Grâce au logiciel développé par l'équipe Defrost, il est possible de piloter les mouvements du robot en silicone et de le rigidifier.

  • Robot déformable

    Des capteurs de mouvement placés sur le robot et des caméras permettent de suivre le déplacement du robot lorsqu'on applique dessus une pression. Un logiciel permet au robot de réagir à cette pression pour maintenir sa position.

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