Evolution de la robotique humanoïde

Les robots explorent des planètes inconnues, produisent des pièces de voitures et aspirent la poussière. Aujourd'hui déjà, ils sont omniprésents. Mais le plus souvent, ils ne ressemblent pas à ce que les amateurs de science-fiction imaginent : ils ont la forme de petits chariots qui se déplacent sur roues ou de machines massives installées dans les halls industriels. Nous n'en sommes qu'au début du développement de robots à apparence humaine, avec des yeux et des oreilles, des bras et des jambes, un projet sur lequel se concentre un département de Dongbu Robot. Les muscles de l'homme machine, l'entreprise coréenne les a trouvés chez FAULHABER.

Les robots industriels de Dongbu sont utilisés notamment pour la fabrication de semi-conducteurs : ils prennent les tranches de silicium, très fragiles, à la sortie d'une étape du traitement, pour les déposer avec une grande précision à l'entrée de la suivante. Pour de telles tâches, les machines sont bien ancrées au sol sur le lieu de production.

Par ailleurs, l'entreprise fabrique des robots qui servent au quotidien, par exemple pour nettoyer les sols, comme vigiles pour patrouiller ou pour guider ou informer des visiteurs. Ces robots se déplacent sur roues et ont un boîtier en caisson. Le point commun de ces deux types de robots est qu'ils utilisent leur capacité de calcul et leur puissance moteur pour accomplir peu de tâches dans un espace limité. Ils utilisent pour cela leurs ressources de manière très efficace, mais ne sont pas vraiment polyvalents.

Handicap humanoïde

Dans leur mouvement de base déjà, les robots humanoïdes – à apparence humaine – présentent un inconvénient majeur par rapport à leur modèle : la marche sur deux jambes est infiniment plus complexe que n'importe quel déplacement sur roues, si subtil soit-il. Après tout, l'homme aussi a besoin d'une bonne année pour arriver à maîtriser des séquences de mouvement en apparence banales et à gérer la coopération harmonieuse de quelques 200 muscles, de nombreuses articulations complexes et de plusieurs zones cérébrales spécialisées. À cela vient s'ajouter qu'en termes d'efficacité énergétique, la biomécanique humaine laisse à désirer. Les rapports de levier des bras et des jambes sont défavorables, ils requièrent une force élevée pour des résultats comparativement modestes. C'est pourquoi jusqu'à présent les robots humanoïdes ne sont utilisés que comme objets de recherche ou comme jouets, ou les deux à la fois. Depuis les années 1990, des universités techniques dans le monde entier disputent régulièrement des championnats de football de robots, faisant ainsi de la recherche, du développement technique et du plaisir de jouer un ensemble productif. Les robots humanoïdes ont leur propre ligue. Par ailleurs, les nombreux fans de robots, une communauté internationale importante, expérimentent les techniques de programmation sur des robots qu'ils ont fabriqués eux-mêmes ou assemblés à partir de kits préfabriqués et, de ce fait font avancer les connaissances en matière de robots humanoïdes et des développements qui en découlent.

Un assemblage de force et d'intelligence

Dans ce milieu, la série Hovis de Dongbu Robot a de nombreux adeptes. Cela tient notamment aux servomoteurs qui mettent en mouvement l'homme machine de 35 centimètres environ. Les servomoteurs, que l'on peut également acheter séparément, sont très appréciés des bricoleurs exigeants. Un servomoteur est une unité compacte qui, pour rester dans la comparaison humaine, serait placée dans les membres et correspondrait à un assemblage muscles-tendons-nerfs. Il transforme la puissance de la batterie et les signaux de commande en mouvements autonomes. Pour les petits robots humanoïdes, Dongbu Robot a développé les servomécanismes de la série HerkuleX. Ces unités comprennent un moteur d’entraînement, un réducteur puissant, un système de retour d'information électronique (codeur) et une interface de communication qui sont tous hébergés ensemble dans un boîtier plastique solide.
Le codeur veille à ce que le servomoteur connaisse toujours la position exacte à laquelle il se trouve. Il convertit aussi le signal de commande, par exemple une instruction de « pas en avant », et spécifie au moteur le nombre de tours qu'il doit faire pour y satisfaire. Une coopération parfaitement accordée du moteur, du logiciel et de l'unité de contrôle, permet à l'articulation du robot de jouir d'une certaine autonomie dans ses mouvements. Grâce aux servomécanismes de la série HerkuleX, les machines sont capables de piloter tant des mouvements simples que des combinaisons complexes de manière précise et autonome. Le logiciel sophistiqué du codeur et son interface de communication performante permettent une transmission rapide et exacte des signaux.

Efficacité compacte

Le mouvement par lui-même vient du moteur. Comme déjà mentionné précédemment, les rapports de levier de l'homme sont défavorables. De même, le moteur doit développer un couple le plus élevé possible tout en gardant des dimensions minimales. « Après une étude comparative détaillée des moteurs disponibles sur le marché, Dongbu Robot a choisi les micromoteurs C.C. des séries 2224 SR et 2232 SR de FAULHABER », raconte D.S. Choi de Dongbu Robot. « L'extrême petitesse et le haut rendement des moteurs ont été déterminants. Ils sont incontestablement les meilleurs, tant du point de vue de la dynamique que de la densité de puissance. De plus, le nom de FAULHABER est déjà synonyme d'une excellente qualité parmi les fans de robots. »
Les micromoteurs C.C. de la série 2232 SR disposent d'un couple permanent pouvant atteindre 10 mNm avec un moteur de tout juste 22 mm de diamètre. Pour cela, ils n'ont besoin que de particulièrement peu de courant et commencent à fonctionner à une tension de démarrage très faible. Avec un rendement jusqu'à 87 %, leur consommation est optimisée. D.S. Choi : « C'est un aspect extrêmement important de pouvoir profiter d'une durée d'utilisation longue par charge. De plus, la caractéristique linéaire des moteurs facilite la régulation. »
Pour ce qui est de leur efficience, les robots humanoïdes sont encore loin de leurs collègues industriels stationnaires et des aides à domicile montées sur roues. Mais avec les progrès techniques, leur inconvénient pourrait bien se transformer en un avantage de taille. L'homme aussi a commencé à gagner sa bataille évolutionnaire avec la marche - comparativement instable - en position verticale. De sa non-spécialisation est née une polyvalence quasi-illimitée qui finalement a été couronnée de succès. En réponse à ce défi, les robots-footballeurs se sont fixé pour objectif de pouvoir battre les champions du monde humains d'ici 2050.

Les robots humanoïdes – inspirés de la nature, mais avec une liberté de mouvement limitée
Servomodules performants HerkuleX basés sur la technologie d'entraînement de FAULHABER
Les 20 servomécanismes permettent de reproduire la mécanique complexe des mouvements humains