La nature inspire de nombreuses technologies. Des robots imitant les griffes des cafards et les cils microscopiques des lézards peuvent escalader les murs des bâtiments. Découvrons le monde des robots biomimétiques !
Dans un épisode de la populaire émission « Extreme Part-Time Jobs », un acteur décroche un emploi à temps partiel pour laver les vitres d'un immeuble. Sa peur du vide et son anxiété pour sa sécurité se lisent sur son visage alors qu'il tente de laver les vitres depuis une nacelle, ce qui rend les téléspectateurs nerveux. Ne serait-ce pas formidable qu'un robot puisse prendre en charge une tâche aussi difficile, où une seule erreur peut entraîner un accident grave ?
Lorsqu'on imagine un robot nettoyant les vitres d'un gratte-ciel pour un humain, on imagine facilement un robot à forme humaine tenant un outil de nettoyage et frottant consciencieusement les vitres. Cependant, le consensus est qu'un robot doté d'un module de nettoyage monté sur un corps capable de grimper et de descendre les murs serait plus efficace qu'un robot à forme humaine. Pour réaliser cette capacité, les robots imitant les structures, principes et mécanismes fondamentaux des animaux et des plantes sont appelés robots biomimétiques.
Spinybot est un robot qui a obtenu des résultats remarquables en matière d'escalade des murs. Il utilise le principe de l'escalade des cafards. Les cafards utilisent les poils délicats de leurs pattes comme des crochets pour grimper aux murs. Les murs sont constitués de petites courbes bosselées à la surface, qui peuvent toucher les poils des cafards de plusieurs directions. Si l'un de ces poils touche la courbe dans une direction qui supporte le poids du cafard, il exerce une faible force qui le soutient. Si la force d'un seul poil est faible, la force combinée de plusieurs poils peut générer suffisamment de force pour supporter le poids du cafard. Les pattes de Spinybot sont également dotées de petites mais nombreuses griffes, qui utilisent le même principe pour supporter le poids du robot lorsqu'il grimpe aux murs. Cependant, cette méthode repose sur la probabilité d'un contact griffe-mur, ce qui rend impossible la fixation sur des parois lisses comme le verre.
Stickybot, un robot qui a surmonté cette limitation, est calqué sur la structure unique d'une patte de gecko. Les geckos peuvent marcher sur les plafonds et les murs sans adhésif, et le secret réside dans les millions de poils microscopiques présents sur la plante de leurs pattes. Vous vous demandez peut-être comment un animal doté d'autant de poils minuscules peut adhérer aux murs, mais c'est grâce à la force de van der Waals.
Les forces de Van der Waals sont de faibles forces électriques qui agissent entre les molécules et sont causées par la déviation momentanée des électrons à l'intérieur d'une molécule apolaire. Lorsqu'une déviation momentanée d'électrons se produit à l'intérieur d'une molécule apolaire, le côté où les électrons sont orientés présente un pôle (-) et le côté où ils sont relativement libres présente un pôle (+). La molécule soumise à cette polarisation électronique affecte également ses voisines. Le pôle (-) repousse les électrons de la molécule voisine vers le côté opposé, transformant le côté où les électrons se sont échappés en pôle (+) et le côté opposé où les électrons sont relativement regroupés en pôle (-). Ce pôle (-) affecte ensuite les molécules voisines, et la réaction en chaîne provoque la polarisation instantanée de toutes les molécules. Cette polarisation instantanée crée une attraction électrostatique entre les molécules, appelée force de Van der Waals. La force de van der Waals générée par un seul cil est très faible, mais lorsque des millions de cils microscopiques s'agglutinent, la force est suffisante pour supporter le poids du lézard. Si le même phénomène se produit sous la plante des pieds d'un gecko dans la paume d'une main humaine, la force serait non négligeable, une paume humaine pouvant supporter un poids d'environ 40 kilogrammes. Stickybot utilise également des coussinets en uréthane dotés d'une structure capillaire microscopique pour fixer le robot aux murs grâce aux forces de van der Waals. Utilisant des forces électriques plutôt que le contact physique, il peut se déplacer sur des parois lisses comme du verre.
Outre les forces de Van der Waals, les cils du gecko présentent une autre particularité : ils sont directionnels. Ces cils ont la propriété d'adhérer fortement lorsqu'ils sont appliqués dans une direction, mais de se détacher facilement lorsqu'ils sont appliqués dans la direction opposée. Les poils microscopiques de Stickybot sont également directionnels, ce qui signifie qu'ils exercent une forte force d'adhérence vers le bas, là où le poids du robot agit, mais qu'il est facile de les retirer dans la direction opposée.
Spinybot, qui utilise les caractéristiques des cafards, et Stickybot, qui utilise celles des geckos, sont de bons exemples de robots biomimétiques capables d'escalader les murs des bâtiments, mais ces deux méthodes restent chronophages. Pour résoudre ce problème, les chercheurs explorent différentes approches afin de développer des techniques d'escalade plus rapides et plus efficaces.
Il existe des millions d'espèces animales et végétales sur Terre, chacune possédant sa propre façon de s'adapter à son environnement et de survivre. Par exemple, la surface d'un robot peut être améliorée en imitant la structure des écailles d'un poisson nageant bien sous l'eau, ou un nouveau système d'attache peut être développé en s'inspirant de la structure des mains et des pieds d'un singe grimpant aux arbres. Ces recherches permettront aux robots biomimétiques de développer des capacités plus diversifiées et innovantes. Certains animaux et plantes, encore inexplorés, pourraient offrir des solutions pour escalader rapidement les murs des bâtiments. Plus la flore et la faune sont diversifiées, plus les possibilités offertes aux robots biomimétiques s'étendent. Grâce à la recherche et aux avancées technologiques, le monde des robots biomimétiques ne fera que s'enrichir.
