Chapitre 1 : Microbotics
La microrobotique est un sous-domaine de la robotique miniature qui se concentre sur les robots mobiles dont les dimensions sont inférieures à un millimètre. Il est également possible d'utiliser cette expression pour désigner des robots capables de manipuler des composants de taille micrométrique.
Les microrobots ont vu le jour à la suite de l'introduction du microcontrôleur dans la dernière décennie du 20e siècle, ainsi que de l'introduction de systèmes microélectromécaniques (MEMS) sur silicium. Cependant, la majorité des microrobots n'utilisent pas de silicium pour des composants mécaniques autres que des capteurs. C'est au début des années 1970 que les premières recherches et la conception de tels robots miniatures ont été effectuées. À l'époque, cette recherche était classifiée et était effectuée pour les agences de renseignement des États-Unis. À l'époque, certaines des applications envisagées comprenaient des tâches telles que les opérations d'interception électronique et le soutien aux prisonniers de guerre. Les technologies sous-jacentes à l'appui de la réduction des effectifs n'étaient pas encore entièrement développées à l'époque, ce qui signifie que les progrès dans le développement de prototypes n'ont pas immédiatement eu lieu à la suite de cette première série de calculs et de conception du concept. Selon l'année 2008, l'actionneur d'entraînement à gratter est utilisé par les plus petits microrobots.
La croissance des connexions sans fil, en particulier du Wi-Fi (c'est-à-dire dans les réseaux domestiques), a considérablement amélioré la capacité de communication des microbots et, par conséquent, leur capacité à se coordonner avec d'autres microrobots afin d'effectuer des activités plus sophistiquées. La communication entre les microrobots a fait l'objet d'un nombre important de recherches ces derniers temps. Un exemple de cela est la création d'un essaim de 1 024 robots à l'Université Harvard, qui peut s'assembler en une variété de formes. Un autre exemple est la production de microrobots chez SRI International pour le programme « MicroFactory for Macro Products », qui permet de construire des structures légères et à haute résistance.
Il a également été possible de construire des microrobots connus sous le nom de xénobots en utilisant des tissus organiques plutôt que du métal et des composants électroniques. En raison du fait qu'ils sont auto-alimentés, biodégradables et biocompatibles, les xénobots sont capables de contourner certains des problèmes technologiques et environnementaux associés aux microbots typiques.
Il est possible d'utiliser le préfixe « micro » pour signifier « petit » de manière subjective ; Cependant, la standardisation sur les échelles de longueur permet d'éviter toute confusion. Un nanorobot aurait donc des dimensions caractéristiques égales ou inférieures à un micromètre, ou il manipulerait des composants qui se situent dans la gamme d'un à mille nanomètres. Une citation est requise. Par exemple, un microrobot aurait des dimensions inférieures à un millimètre, un millirobot aurait des dimensions inférieures à un centimètre, un mini-robot aurait des dimensions inférieures à dix centimètres (quatre pouces) et un petit robot aurait des dimensions inférieures à cent centimètres (39 pouces).
Plus d'une source fait référence aux robots de plus d'un millimètre en tant que microbots, et les robots de plus d'un micromètre sont appelés nanobots. De plus, voir la catégorie : micro robots.
Le mouvement des microrobots est déterminé par l'objectif des robots ainsi que par la taille requise pour ceux-ci. Lorsqu'il s'agit de tailles submicroniques, le monde physique nécessite l'utilisation de méthodes de transport assez particulières. Lorsqu'il s'agit de robots aéroportés, le nombre de Reynolds est inférieur à un. Étant donné que les forces visqueuses sont plus puissantes que les forces d'inertie, il est possible que le « vol » puisse être accompli en utilisant la viscosité de l'air plutôt que le concept de portance de Bernoulli. Il est possible que les robots qui se déplacent dans les fluides nécessitent des flagelles rotatifs, similaires à la forme mobile d'E. coli. Le robot est capable de naviguer sur les surfaces d'une grande variété de terrains grâce à sa capacité à sauter, ce qui est à la fois furtif et efficace avec la gestion de l'énergie. Les calculs pionniers (Solem 1994) ont étudié les nombreux comportements qui pouvaient se produire sur la base de la réalité physique.
Lorsqu'il s'agit de développer un microrobot, l'un des obstacles les plus importants est de produire de la mobilité tout en utilisant une alimentation électrique très limitée. Les microrobots ont la capacité d'utiliser une source de batterie petite et légère telle qu'une pile bouton, ou ils peuvent récupérer l'énergie de l'environnement qui les entoure sous forme de vibrations ou d'énergie lumineuse. De plus, des moteurs biologiques, tels que Serratia marcescens flagellé, sont utilisés comme sources d'énergie pour les microrobots. Ces moteurs sont capables d'extraire de l'énergie chimique du fluide qui entoure le dispositif robotique afin de le propulser vers l'avant. Les biorobots en question sont capables d'être directement contrôlés par des stimuli tels que la chimiotaxie ou la galvanotaxie, et il existe plusieurs systèmes de contrôle disponibles pour leur fonctionnement. L'utilisation d'énergie induite de l'extérieur comme moyen d'alimenter des robots est une alternative courante à l'utilisation d'une batterie embarquée. Des exemples de méthodes qui peuvent être utilisées pour activer et faire fonctionner des microrobots comprennent l'utilisation de champs électromagnétiques, d'ultrasons et de lumière.
« Conception de microrobots pilotés par la lumière avec des applications en microbiologie et en biomédecine » était le sujet principal de la recherche menée en 2022 dans le cadre de la méthodologie photo-biocatalytique.
Différents types de locomotion sont utilisés par les microrobots afin de se déplacer dans une grande variété de contextes, allant des surfaces solides aux fluides fluides. Les systèmes biologiques qui servent d'inspiration pour ces technologies sont souvent utilisés, et ils sont conçus pour être efficaces à l'échelle microscopique. Dans le processus de conception et d'exploitation de la locomotion des microrobots, il est nécessaire de maximiser un certain nombre de paramètres, notamment la précision, la vitesse et la stabilité, tout en minimisant simultanément d'autres, tels que la consommation d'énergie et la perte d'énergie. Ceci est fait afin de s'assurer que le mouvement du microrobot est correct, efficace et efficient.
De nombreux facteurs importants, tels que la longueur de foulée et les coûts de transport, sont utilisés dans le processus de caractérisation de la locomotion des microrobots. Ces paramètres sont utilisés pour caractériser et évaluer le mouvement des microrobots. Une foulée est un cycle complet de mouvement qui comprend toutes les étapes ou phases nécessaires à un organisme ou à un robot pour aller de l'avant en répétant une séquence particulière d'actions. Une foulée est utilisée dans le contexte du mouvement. La distance parcourue par un microrobot en un seul cycle complet de son mécanisme de locomotion est appelée longueur de foulée, qui est mesurée en secondes. Le terme « coût de transport » (CoT) fait référence à la quantité de main-d'ouvre nécessaire pour déplacer un microrobot qui a une unité de masse sur une unité de distance.
Les capacités de locomotion de surface permettent aux microrobots de se déplacer de diverses manières, notamment en marchant, en rampant, en roulant et en sautant, entre autres mouvements possibles. Les microrobots en question sont capables de surmonter une variété d'obstacles, notamment la gravité et la friction. Le nombre de Frounde est l'un des paramètres couramment utilisés pour décrire la locomotion de surface. Il est défini comme suit :
F r est égal à
v.
2.
g) *
?;
s.
En termes de style d'affichage, Fr est égal au facteur v au carré. L'expression {g*\lambda _{s}}}}
v représente la vitesse du mouvement, g représente le champ gravitationnel et As représente la longueur d'une foulée. Un microrobot qui présente un faible nombre de Froude se déplace plus lentement et avec une plus grande stabilité, car les forces de gravité sont la force dominante. D'autre part, un microrobot qui présente un nombre de Froude élevé montre que les forces d'inertie sont plus importantes, ce qui permet un mouvement à la fois plus rapide et peut-être moins stable.
En ce qui concerne la locomotion de surface, ramper est l'une des activités les plus courantes. Il existe une variété de techniques que les microrobots utilisent pour ramper, mais la majorité d'entre elles impliquent le mouvement coordonné de nombreuses pattes ou appendices. Un certain nombre de créatures, notamment des insectes, des reptiles et de petits mammifères, servent de source d'inspiration pour le mécanisme qui régit les mouvements des microrobots. D'autre part, RoBeetle est un exemple de microrobot rampant. Le microrobot entièrement autonome a un poids de 88 milligrammes, ce qui équivaut à peu près au poids de trois grains de riz. Le méthanol est brûlé dans un processus catalytique, qui fournit au robot sa puissance. Des micromuscles artificiels catalytiques basés sur NiTi-Pt, accordables et composés d'un...
