La miniaturisation en robotique consiste à réduire la taille des robots et de leurs composants tout en augmentant leur puissance. Il s'agit de placer les capteurs, les ordinateurs, la gestion de l'alimentation et les actionneurs dans des empreintes plus légères sans sacrifier la précision ou la fiabilité.
Ces nouvelles machines peuvent effectuer des tâches dans des endroits trop petits pour que des machines plus grandes ou des humains puissent les atteindre, ce qui les rend optimales pour les usines, les hôpitaux et les mines.
Avantages des systèmes robotiques compacts
L’évolution vers la miniaturisation offre des avantages significatifs, c’est pourquoi elle est développée et utilisée dans de nombreux domaines scientifiques et industriels.
Vitesse et précision améliorées
Les composants plus petits sont naturellement plus légers. Cette masse réduite permet une accélération et une décélération beaucoup plus rapides.
Lorsque les jeux, la flexion et le jeu sont minimisés à des échelles plus petites, la précision augmente. Dans le micro-assemblage ou l'inspection, cela se traduit par un suivi du chemin plus strict, des cycles plus courts et moins de dépassements.
Efficacité améliorée et coûts réduits
Les boîtiers plus petits consomment généralement moins d'énergie et utilisent moins de matériaux, ce qui réduit les coûts de fabrication et d'exploitation. Les entreprises qui cherchent à faire évoluer l'automatisation considèrent les robots compacts comme une solution abordable et durable qui peut économiser un espace au sol précieux dans les usines, les laboratoires, les entrepôts et autres installations.
Une plus grande accessibilité et mobilité
Les robots compacts peuvent atteindre des endroits où les machines plus grandes ne peuvent pas le faire. Les drones d’inspection en cage se faufilent sans problème dans les conduits, les réservoirs et les navires.
Les laboratoires et les services de transport ont utilisé des véhicules aériens sans équipage (UAV) protégés par une cage pour l'imagerie des ponts et des espaces confinés-, où le GPS est refusé et où l'entrée humaine serait lente ou dangereuse. De la même manière, des robots terrestres miniatures et des robots de lancement explorent les intérieurs restreints avant que les gens ne les suivent.
La technologie derrière la miniaturisation en robotique
Cette évolution vers des robots plus petits s'appuie sur des décennies de progrès en ingénierie à micro-échelle. Les composants électroniques clés ont rendu possibles les robots compacts d'aujourd'hui.
Avancées dans les MEMS
Les systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS) permettent à la détection et à l'actionnement à l'échelle d'une puce-de devenir une routine. Ils intègrent de minuscules éléments mécaniques, capteurs et composants électroniques sur une seule puce de silicium, fonctionnant comme les « yeux et oreilles » des petits robots.
Parce qu'ils sont petits et-économes en énergie, les MEMS conviennent aux systèmes autonomes. Les programmes universitaires expliquent comment les MEMS couvrent désormais la détection inertielle, la surveillance de l'environnement, la microfluidique et même la direction légère -, le tout à des tailles et à des coûts adaptés à des robots miniatures.
Le rôle du microcontrôleur
Le système de contrôle est le cerveau, et dans les robots miniatures, c'est le microcontrôleur. Un microcontrôleur est un système informatique complet sur un seul circuit intégré qui contient un processeur, une mémoire et des périphériques d'entrée/sortie. Il est capable de fonctionner comme une unité unique pour le traitement du signal-en temps réel, ce qui est vital pour des tâches telles que l'équilibrage ou la navigation dans les obstacles.
Ce concept s'étend à la robotique douce. Les structures souples s'adaptent aux surfaces, répartissant les contraintes sur un plus grand volume et réduisant efficacement la force d'impact. De telles stratégies sont intéressantes pour concevoir et construire des systèmes permettant de manipuler une gamme d'objets fragiles ou de forme irrégulière ou d'opérer autour de personnes. L’objectif est de créer des robots bioinspirés permettant des interactions adaptatives et flexibles avec des environnements imprévisibles.
Applications de miniaturisation-du monde réel
Nous vivons une époque passionnante et plusieurs entreprises ouvrent la voie avec leurs propres versions de robots puissants et compacts. Voici quelques exemples.
Applications médicales et de santé
Les robots chirurgicaux de Medtronic
Medtronic développe des plates-formes de chirurgie assistée par robot et se concentre sur les systèmes destinés aux interventions sur la colonne vertébrale et le cerveau depuis l'acquisition de Mazor Robotics. Il a fait des progrès dans le domaine des cathéters et des instruments souples, orientables et à forme-morphing pour les traitements cardiaques et endovasculaires.
L'objectif de l'entreprise est de développer des cathéters robotisés capables de changer de forme sous guidage d'imagerie pour naviguer dans les environnements cardiaques-battants.
Système Da Vinci d'Intuitive Surgical
Le système chirurgical Da Vinci présente la puissance de la miniaturisation à une échelle différente. Bien que le robot d'Intuitive Surgical lui-même soit grand, ses instruments sont minuscules. Ces petits outils permettent aux chirurgiens d’effectuer facilement des procédures complexes et peu invasives, ce qui entraîne moins de traumatismes et un rétablissement plus rapide du patient.
Industriel et manufacturier
Mécademic Meca500
Mecademic a déclaré que son Meca500 est l'un des bras robotiques industriels à six axes les plus petits et les plus précis au monde pour les tests et l'inspection des micro-assemblages.
Le laboratoire Lincoln du MIT a présenté une tête de pulvérisation microplasmique montée sur un Meca500 pour imprimer des matériaux électroniques, illustrant comment de minuscules bras permettent des flux de travail de fabrication en laboratoire-. Les hôpitaux et les centres d'imagerie déploient également des unités Meca500 pour la manipulation automatisée des échantillons.