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Muscles artificiels à base de matériaux nanocomposites

Contexte et objectifs

Des muscles artificiels constituent des actuateurs et/ou capteurs de mouvement pour la robotique de l'avenir. Ce projet porte sur la conception et réalisation de muscles artificiels en laboratoire et sur le développement des bancs de test et démonstrateurs permettant de quantifier l'actuation.

Développement des bancs de test

Deux bancs de test et un démonstrateur ont été développés le long du projet au sein du laboratoire COMATEC-LANS (Laboratory of Applied NanoSciences) de la HEIG-VD. Le premier banc de test permet de soumettre des muscles artificiels à différentes contraintes pour mesurer les forces de contraction et de monitorer les signaux électriques, ceci pour différentes températures. Le deuxième banc de test permet de soumettre les muscles à des cycles rapides de traction-relaxation et ainsi de faire des tests de vieillissement accéléré. Des ressorts de traction ont été utilisés pour la calibration et validation des bancs de test développés.

Fabrication, caractérisation et démonstration des muscles artificiels

Des muscles artificiels à base de polymères ont été fabriqués. Le design géométrique choisi pour les muscles utilise une amplification du mouvement et a permis d'obtenir des muscles avec des changements dimensionnels répétables.

Un démonstrateur a été construit pour illustrer leur capacité à soulever une masse attachée à un bras avec un très court bras de levier en utilisant 14 muscles en parallèle. Un travail spécifique de (11,0 ± 0,5) J/kg a ainsi pu être fournit par les muscles, en moyenne.

L'étude en régime transitoire a permis de déterminer les constantes de temps de l'actuation.

Conclusion

Ce travail a permis de développer des bancs de test pour monitorer les propriétés d'actuation de muscles artificiels flexibles sous différentes conditions de travail. Les résultats sont prometteurs pour le développement de nouveaux concepts et matériaux de muscles artificiels et des actuateurs flexibles en fibres nanocomposites.