Nous vivons dans un monde où plusieurs révolutions technologiques se déroulent en même temps. Alors que les sauts qui se produisent dans les domaines de l'informatique, de la robotique et de la biotechnologie gagnent beaucoup d'attention, moins d'attention est accordée à un domaine tout aussi prometteur. Ce serait le domaine de la fabrication, où des technologies telles que l'impression 3D et les robots autonomes s'avèrent être un énorme changeur de jeu.
Par exemple, il y a le travail effectué par le Center for Bits and Atoms (CBA) du MIT. C’est ici que l’étudiant diplômé Benjamin Jenett et le professeur Neil Gershenfeld (dans le cadre de la thèse de doctorat de Jenett) travaillent sur de minuscules robots capables d’assembler des structures entières. Ce travail pourrait avoir des implications pour tout, depuis les avions et les bâtiments jusqu'aux établissements dans l'espace.
Leur travail est décrit dans une étude récemment publiée dans le numéro d'octobre du Lettres de robotique et d'automatisation IEEE. L’étude a été rédigée par Jenett et Gershenfeld, qui ont été rejoints par des étudiants diplômés Amira Abdel-Rahman et Kenneth Cheung - un diplômé du MIT et du CBA, qui travaille maintenant au Ames Research Center de la NASA.
Comme Gerensheld l'a expliqué dans un récent communiqué de presse du MIT, il existe historiquement deux grandes catégories de robotique. D'une part, vous disposez de composants robotiques coûteux fabriqués à partir de composants personnalisés optimisés pour des applications particulières. D'un autre côté, il y a ceux qui sont fabriqués à partir de modules de production bon marché avec des performances moindres.
Les robots sur lesquels l'équipe de l'ABC travaille - que Jenett a surnommé le Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer (BILL-E, comme WALL-E) - représentent une toute nouvelle branche de la robotique. D'une part, ils sont beaucoup plus simples que la variété coûteuse, personnalisée et optimisée de robots. De l'autre, ils sont beaucoup plus capables que les robots produits en masse et peuvent construire une plus grande variété de structures.
Au cœur du concept se trouve l'idée que de plus grandes structures peuvent être assemblées en intégrant des pièces 3D plus petites - que l'équipe CBA appelle «voxels». Ces composants sont constitués de simples entretoises et nœuds et peuvent être facilement fixés ensemble à l'aide de systèmes de verrouillage simples. Comme il s'agit principalement d'espaces vides, ils sont légers mais peuvent toujours être agencés pour répartir efficacement les charges.
Les robots, quant à eux, ressemblent à un petit bras avec deux longs segments articulés au milieu avec un dispositif de serrage à chaque extrémité qu'ils utilisent pour s'accrocher aux structures de voxels. Ces appendices permettent aux robots de se déplacer comme des vers de terre, ouvrant et fermant leur corps afin de se déplacer d'un endroit à l'autre.
Cependant, la principale différence entre ces assembleurs et les robots traditionnels est la relation entre le robotique et les matériaux avec lesquels il travaille. Selon Gershefeld, il est impossible de distinguer ce nouveau type de robot des structures qu'ils construisent car ils fonctionnent ensemble comme un système. Cela est particulièrement évident en ce qui concerne le système de navigation des robots.
Aujourd'hui, la plupart des robots mobiles nécessitent un système de navigation très précis pour suivre leur position, comme le GPS. Les nouveaux robots assembleurs n'ont cependant besoin que de savoir où ils se trouvent par rapport aux voxels (petites sous-unités sur lesquelles ils travaillent actuellement). Lorsqu'un assembleur passe au suivant, il réajuste son sens de la position, en utilisant ce sur quoi il travaille pour s'orienter.
Chacun des robots BILL-E est capable de compter ses pas, ce qui en plus de la navigation lui permet de corriger les erreurs qu'il fait en cours de route. Parallèlement au logiciel de contrôle développé par Abdel-Rahman, ce processus simplifié permettra aux essaims de BILL-Es de coordonner leurs efforts et de travailler ensemble, ce qui accélérera le processus d'assemblage. Comme l'a dit Jenett:
"Nous ne mettons pas la précision dans le robot; la précision vient de la structure [au fur et à mesure qu'elle prend forme]. C'est différent de tous les autres robots. Il a juste besoin de savoir où est sa prochaine étape. »
Jenett et ses associés ont construit plusieurs versions de preuve de concept des assembleurs, ainsi que des conceptions de voxels correspondantes. Leurs travaux ont maintenant progressé au point où les versions prototypes sont capables de démontrer l'assemblage des blocs de voxels en structures linéaires, bidimensionnelles et tridimensionnelles.
Ce type de processus d'assemblage a déjà suscité l'intérêt de la NASA (qui collabore avec le MIT sur cette recherche) et de la société aérospatiale néerlandaise Airbus SE - qui a également parrainé l'étude. Dans le cas de la NASA, cette technologie serait une aubaine pour leurs systèmes d'assemblage numérique adaptatifs à mission reconfigurable automatisée (ARMADAS), dont le co-auteur dirige Cheung.
L'objectif de ce projet est de développer les technologies d'automatisation et d'assemblage robotique nécessaires pour développer une infrastructure lointaine - qui comprend une base lunaire et des habitats spatiaux. Dans ces environnements, les assembleurs robotisés offrent l'avantage de pouvoir assembler des structures rapidement et à moindre coût. De même, ils pourront effectuer facilement les réparations, l'entretien et la modification.
«Pour une station spatiale ou un habitat lunaire, ces robots vivraient sur la structure, l'entretenant et la réparant en permanence», explique Jenett. La présence de ces robots éliminera la nécessité de lancer de grandes structures pré-assemblées à partir de la Terre. Associés à la fabrication additive (impression 3D), ils pourraient également utiliser les ressources locales comme matériaux de construction (un processus connu sous le nom d'utilisation des ressources in situ ou ISRU).
Sandor Fekete est le directeur de l'Institut des systèmes d'exploitation et des réseaux informatiques de l'Université technique de Braunschweig, en Allemagne. À l'avenir, il espère rejoindre l'équipe afin de développer davantage les systèmes de contrôle. Tout en développant ces robots au point de pouvoir construire des structures dans l'espace est un défi important, les applications qu'ils pourraient avoir sont énormes. Comme l'a dit Fekete:
"Les robots ne se fatiguent pas ou ne s'ennuient pas, et l'utilisation de nombreux robots miniatures semble être le seul moyen de faire ce travail critique. Ce travail extrêmement original et intelligent de Ben Jenett et de ses collaborateurs fait un pas de géant vers la construction d'ailes d'avion réglables dynamiquement, d'énormes voiles solaires ou même d'habitats spatiaux reconfigurables.
Il ne fait aucun doute que si l'humanité veut vivre durablement sur Terre ou s'aventurer dans l'espace, elle devra s'appuyer sur une technologie assez avancée. À l'heure actuelle, les plus prometteurs sont ceux qui offrent des moyens rentables de répondre à nos besoins et d'étendre notre présence à travers le système solaire.
À cet égard, les assembleurs de robots comme BILL-E seraient non seulement utiles en orbite, sur la Lune ou au-delà, mais également ici sur Terre. Lorsqu'ils sont associés de manière similaire à la technologie d'impression 3D, de grands groupes d'assembleurs robotiques programmés pour travailler ensemble pourraient fournir des logements modulaires bon marché qui pourraient aider à mettre fin à la crise du logement.
Comme toujours, les innovations technologiques qui aident à faire avancer l'exploration spatiale peuvent également être exploitées pour faciliter la vie sur Terre!
