Fabrication additive, Impression 3D, Robotique souple, Capteur souple, Actuateur pneumatique souple

Le domaine de la robotique souple a émergé dans le but de créer une version synthétique des tissus organiques souples pour offrir aux robots les mêmes capacités que les êtres organiques. Les robots, par définition, ont la capacité de percevoir leur environnement et d'interagir avec lui. Pour ce faire, ils ont besoin de capteurs externes, tels que la peau, pour obtenir des données de leur environnement, ainsi que d'actionneurs pour se déplacer. Cependant, l'intégration de capteurs à l'intérieur d'actionneurs souples implique l'utilisation de matériaux conducteurs capables de supporter la déformation mécanique du tissu et de structures complexes faites de cavités et des canaux. La fabrication d'actionneurs souples et sensitifs (SSA), c'est-à-dire d'actionneurs souples dotés de capteurs intégrés, nécessite l'utilisation de plusieurs matériaux aux propriétés différentes. Ajoutée à la complexité de fabrication des actionneurs souples, l'utilisation de plusieurs matériaux pour fabriquer des SSAs constitue un véritable défi. Il existe un besoin crucial de méthodes pour faciliter la fabrication des actionneurs souples tout en augmentant le niveau de complexité de la structure de l'actionneur souple et en intégrant des capacités sensorielles. Cette thèse explore plusieurs processus de fabrication pour faciliter la fabrication et l'utilisation des SSAs. La première technologie explorée est la moulage, une technologie de fabrication traditionnelle utilisée pour façonner des matériaux à l'état liquide, tels que le silicone, et le premier processus de fabrication utilisé pour fabriquer des robots souples. Notre premier objectif est d'explorer le moulage et comment l'utiliser pour créer des répliques précises de la peau organique avec une capacité de détection précise. Nous avons trois intérêts principaux : la qualité de détection du capteur, l'aspect du capteur et sa difficulté de fabrication. La deuxième technologie explorée est l'impression 3D. En explorant le moulage, nous avons identifié les principales difficultés de fabrication des SSA. Par exemple, les cavités et les canaux fins sont des structures avec le taux de réussite le plus faible et la complexité la plus élevée à réaliser avec le moulage. De plus, l'utilisation de plusieurs matériaux avec plusieurs couches pour intégrer des capteurs dans les robots souples implique de mélanger plusieurs méthodes de moulage, telles que la technique de la cire perdue ou le moulage en plusieurs pièces, ce qui accroît la complexité du processus. Nous explorons comment l'impression 3D de matériaux souples peut surmonter ces limitations en imprimant des actionneurs complexes et multi-matériaux avec des capteurs intégrés. La première approche consiste à utiliser les paramètres uniques de l'impression 3D pour intégrer des propriétés spécifiques dans les robots souples. Cette approche nous permet d'incorporer un comportement mécanique dans les robots pneumatiques avec des conceptions simples, améliorant ainsi leurs capacités. Enfin, nous développons une méthode multi-extrusion pour imprimer des capteurs directement à l'intérieur des robots souples. Nous utilisons cette méthode de fabrication pour imprimer des SSA avec des formes libres et des capteurs extensibles intégrés. En résumé, cette thèse contribue à l'exploration et au développement de méthodes de fabrication pour les SSA. Pour répondre à la question de recherche de cette thèse, nous explorons les techniques de fabrication traditionnelles et leur difficulté pour les utilisateurs afin de déterminer ce qui peut être amélioré. À partir de cette exploration, nous définissons une méthode de fabrication multi-matériaux pour fabriquer des robots souples de forme libre avec des capteurs intégrés à l'intérieur.