A compact multi-legged mobile robot with leg-mounted adhesion mechanisms for climbing walls in narrow spaces

À mesure que les villes vieillissent, les bâtiments et les ponts qui les composent commencent à montrer des signes de fatigue. Au Japon, l'âge moyen de ces infrastructures augmente rapidement, créant un besoin pressant d'inspections et de réparations régulières. Pourtant, envoyer des travailleurs humains pour inspecter des murs hauts, des tunnels étroits ou des espaces restreints autour de machines lourdes est dangereux et devient de plus en plus difficile à mesure que la main-d'œuvre diminue. Pour résoudre ce problème, les ingénieurs se tournent vers les robots. Si certains robots roulent sur des roues ou volent comme des drones, ces méthodes peinent sur les surfaces rugueuses et irrégulières ou dans les coins étroits où des obstacles bloquent leur chemin. Une solution plus adaptable réside dans la conception de machines marcheuses capables d'adhérer à des surfaces verticales, mais construire un robot capable de grimper une paroi sans tomber nécessite un équilibre délicat entre mouvement et adhérence. Le défi n'est pas seulement de coller au mur, mais de se déplacer sur celui-ci sans traîner les parties adhésives, ce qui les arracherait ou les laisserait derrière elles.

Des chercheurs de l'Institut de technologie de Muroran ont développé un robot compact à quatre pattes, conçu spécifiquement pour accomplir ces tâches d'inspection difficiles. Leur approche combine un mécanisme de marche avec une adhérence par aspiration qui fonctionne sur de nombreux matériaux différents, du métal lisse au béton rugueux. Contra \text{à}$ les conceptions précédentes à six pattes, qui étaient encombrantes et limitées dans leurs mouvements, ce nouveau robot utilise une structure à quatre pattes plus simple où chaque patte possède quatre articulations mobiles. Cette flexibilité supplémentaire permet au robot de balancer ses pattes librement, en plaçant ses pieds dans de nouvelles positions sans avoir à traîner ses ventouses sur la surface. L'équipe s'est concentrée intensément sur les « pieds » du robot, testant diverses formes et matériaux pour trouver celui qui pourrait supporter le poids le plus important. Ils ont découvert qu'un tampon plat et circulaire, fait de caoutchouc uréthane et mesurant trente millimètres de diamètre, offrait l'adhérence la plus forte et la plus fiable. En mesurant soigneusement la force de cette aspiration, ils se sont assurés que le robot pouvait s'accrocher solidement, même en mouvement.

Pour s'assurer que le robot pouvait réellement grimper, l'équipe a construit un prototype et a testé sa capacité à se déplacer aussi bien sur des sols plats que sur des murs verticaux. Ils ont programmé la machine pour utiliser un mode de marche en diagonale : deux pattes resteraient fixées au mur pour maintenir le corps stable, tandis que les deux autres oscilleraient vers l'avant ou vers l'arrière pour trouver de nouveaux appuis. Cette méthode a permis au robot de déplacer son poids et de faire un pas en avant sans perdre l'équilibre. Un élément critique de la conception consistait à garantir que le tampon d'aspiration à l'extrémité de chaque patte reste parfaitement plat contre le mur, même lorsque la patte se déplace selon des angles complexes. En utilisant une seule unité de patte, les chercheurs ont vérifié que les liaisons mécaniques pouvaient maintenir le tampon parallèle à la surface lors de ces mouvements, ce qui est essentiel pour maintenir une étanchéité forte. Les tests ont confirmé que le robot pouvait avancer et reculer sur un mur, en changeant son adhérence et en balançant ses pattes selon un rythme coordonné.

L'étude a également examiné les conceptions plus anciennes pour comprendre pourquoi elles avaient échoué. Les précédents robots à six pattes reposaient sur des ventouses passives qui n'exerçaient pas assez de pression contre le mur, entraînant une faible adhérence et des mouvements instables. Ces anciens modèles étaient également limités à des mouvements de balancement simples, ce qui rendait difficile la navigation dans des environnements complexes. Le nouveau design à quatre pattes surmonte ces problèmes en utilisant une pompe à vide active pour créer une force d'aspiration forte et constante, et en offrant à chaque patte plus de liberté de mouvement. Bien que les tests initiaux aient été menés sur des panneaux acryliques lisses, les chercheurs reconnaissent que les murs du monde réel, souvent faits de béton rugueux, présentent un défi différent. Ils prévoient de tester le robot sur des surfaces en béton prochainement pour voir comment l'aspiration résiste aux bosses et aux irrégularités rencontrées dans les infrastructures réelles. Pour l'instant, les résultats montrent qu'un robot compact à quatre pattes, doté de tampons d'aspiration soigneusement choisis, est une manière viable d'inspecter des endroits difficiles d'accès, offrant une alternative plus sûre et plus adaptable aux travailleurs humains.