La robotique inspirée de la vigne peut soulever doucement des objets lourds et fragiles — d'un vase en verre à une pastèque, et même une personne de son lit. Une équipe de recherche du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et de l'Université de Stanford a présenté un nouveau type de préhenseur souple qui ne saisit pas un objet en serrant des « doigts » rigides, mais l'enveloppe et le soulève dans une sorte de boucle sangle-hamac souple. Le système a été développé pour réduire le risque d'endommager des objets fragiles et pour soulager les soignants lors du déplacement de personnes à mobilité réduite. Contrairement aux solutions classiques, ici le contact s'étend sur une grande surface, donc les pressions locales sont faibles, et ainsi la possibilité de blessure ou de casse est minime.

Contrairement aux préhenseurs robotiques classiques qui reposent sur quelques points de contact et des forces de serrage importantes, l'approche « vigne » augmente la surface de contact et transforme le problème de saisie en un problème d'enveloppement doux et de suspension. En pratique, cela signifie que le même mécanisme peut passer à travers des ouvertures étroites, se frayer un chemin à travers le désordre sur une étagère ou dans un bac, englober la cible et — après la fermeture de la boucle — la soulever en toute sécurité sans chocs et pressions locales qui endommagent la surface.

Comment fonctionne le système : de la boucle ouverte à fermée

La base est constituée d'une boîte solide mais légère sous pression située à côté de l'objet cible. De chaque boîte sortent des tubes fins et flexibles en films polymères qui, sous l'influence de l'air, s'allongent depuis la pointe par un mécanisme d'éversion. Le tube peut, lors de la croissance, plier et tordre sa trajectoire de manière contrôlée pour se faufiler sous, autour ou entre les obstacles. Dans la phase de boucle ouverte, le robot « grandit » autour de l'objet ou de la personne et forme une sangle naturelle. Ensuite, il « continue de grandir » vers la source de pression, où il entre dans une pince mécanique (clamp) qui le fixe, et — à l'aide d'un treuil — la boucle se resserre lentement et la charge est soulevée. Le résultat est une tenue douce, de type sangle, avec une stabilité beaucoup plus grande qu'une prise typique avec deux ou trois points.

Une telle stratégie en deux étapes — d'abord un positionnement précis, puis une tenue sûre — exploite les avantages des structures souples et flexibles lorsqu'il faut atteindre une cible dans un espace restreint, ainsi que les avantages de la fermeture de boucle lorsqu'un portage stable est nécessaire. Les chercheurs ont appliqué cette approche à deux échelles : une plus petite, montée sur un bras robotique standard pour la manipulation d'objets dans des entrepôts ou des laboratoires, et une plus grande, destinée aux procédures d'assistance dans les soins, où un système avec deux boîtes montées sur un support au-dessus de la tête construit une boucle large et confortable autour d'une personne.

Pourquoi c'est important pour les soins et la rééducation

Le transfert d'un patient du lit au fauteuil roulant est l'une des tâches physiquement les plus exigeantes et les plus risquées pour les soignants, qui nécessite souvent deux personnes et comporte un risque de blessure au dos. Les solutions standard utilisent des lève-personnes rigides et des sangles en toile séparées que quelqu'un doit glisser manuellement sous le patient. Le nouveau robot fait cela sans « tourner sur le côté » manuellement : les tubes se faufilent eux-mêmes et répartissent la charge sur une grande zone. Dans des démonstrations expérimentales, le système, sous surveillance et avec un réglage correct, a soulevé en toute sécurité une personne d'une position couchée, créant une sensation de suspension douce plutôt que de serrage ferme.

Pour les personnes âgées et les personnes à mobilité réduite, le confort est également important : les parois souples des tubes et la possibilité d'une pression finement ajustée signifient que le levage ne crée pas de points d'appui durs. De plus, étant donné que les tubes grandissent depuis la pointe et se rétractent, le système au repos occupe très peu d'espace et ne nécessite pas de modifications domestiques permanentes (cadres porteurs, rails, etc.).

Applications hors santé : logistique, industrie et agriculture

À plus petite échelle, le préhenseur « vigne » a montré qu'il peut soulever en toute sécurité des objets à la fois délicats et encombrants : un vase en verre, une pastèque, une bouilloire avec poignée, un faisceau de barres métalliques ou un ballon à moitié gonflé. Puisque les tubes peuvent se faufiler à travers des boîtes de marchandises compactes, le préhenseur sert également de « chercheur » qui atteint d'abord l'objet demandé, puis le transforme en charge suspendue. Dans les entrepôts et les centres de tri postal, une telle approche peut réduire le besoin de doigts rigides ou de ventouses, qui accrochent souvent sur les arêtes ou perdent la dépression sur les surfaces poreuses.

Dans l'industrie lourde, il existe un potentiel pour la prise à distance de charges de forme irrégulière — par exemple, lors de l'automatisation des grues dans les ports, où une combinaison de flexibilité de passage et de sécurité lors du portage est nécessaire, ou lors de l'extraction de colis de semi-remorques sans entrée des travailleurs dans le véhicule. En agriculture, la « vigne » souple permet la récolte avec un minimum de dommages, même lorsque les fruits sont dans un feuillage dense et disposés irrégulièrement.

Bases techniques : pression, matériaux et commande

La clé de la performance réside dans des membranes polymères à parois minces mais solides (par ex. des stratifiés comme le film TPU) qui supportent une inversion répétée sans fatigue du matériau. Lors de la croissance par éversion, la ligne de contact forme une « lèvre » continue qui glisse sur le support et écarte les obstacles sans créer d'impacts instantanés. La commande permet un dosage fin de la pression et de la vitesse de croissance, tandis que des canaux de câbles ou pneumatiques supplémentaires à l'intérieur de la paroi assurent la torsion et le pliage de la trajectoire. Une pince mécanique (clamp) dans la boîte définit la fermeture de la boucle, et un treuil prend en charge la charge statique pendant le levage afin de réduire la consommation d'air.

Par rapport aux préhenseurs classiques, un tel système réduit le besoin d'une modélisation exacte de la géométrie de l'objet et de la planification de la prise avec un nombre limité de points de contact. Au lieu de cela, le problème se résume à la planification de la trajectoire de croissance (combien et où le tube se faufile) et à la gestion de la tension de la boucle pour éviter les glissements. La stabilité est intrinsèquement élevée car la charge est « dans un nid suspendu », et non sur le bord des doigts.

Comparaison avec d'autres préhenseurs souples

La robotique souple a offert ces dernières années plusieurs alternatives aux doigts rigides : des préhenseurs « balles » inspirés de l'origami qui se ferment sous pression aux préhenseurs en bandes dites tape-spring (ressort-mètre) qui s'enroulent autour des fruits. Ces technologies ont un avantage dans la sécurité du contact, mais nécessitent souvent des mécanismes supplémentaires pour l'expansion ou des lieux de prise précis. L'approche « vigne » se distingue par le fait que la structure elle-même sert à la fois d'end-effector et de « sangle » pour le portage : en boucle ouverte vous atteignez la cible, et en boucle fermée vous transférez la charge. Cela réduit la complexité mécanique à l'extrémité du bras et augmente la robustesse face à une géométrie irrégulière.

En même temps, la littérature sur les robots vine/« croissants » montre la maturité du concept de mouvement par croissance et la capacité de navigation à travers des espaces complexes et restreints. La nouveauté ici est l'intégration de ce principe avec le concept de fermeture de boucle et de levage de charge, surtout quand la charge est fragile ou anatomiquement sensible, comme le corps humain.

Sécurité : biomécanique du contact et redondance

La redistribution de la charge est la clé de la prévention des dommages à la peau et aux tissus mous. Les boucles larges et souples créent une surface de contact comparable aux sangles textiles, mais avec l'avantage du « faufilage dessous » automatisé. La pression d'air peut être limitée de sorte que la pression de contact maximale reste sous le seuil qui cause des troubles de la circulation, tandis que le treuil est programmé pour un couple contrôlé et un démarrage en douceur. Dans les prototypes, des limiteurs de course et des sangles de sécurité passives ont été ajoutés pour prendre en charge la charge dans le cas peu probable d'une panne, tandis que des capteurs de pression et de tension empêchent la surcharge.

Un autre point de sécurité est la communication avec l'utilisateur : le système peut avoir une interface simple (par ex. stop/start avec des indicateurs clairs de pression et de tension) et la possibilité de reprise manuelle. Pour les conditions hospitalières, l'intégration aux processus existants (par ex. levage du lit vers le fauteuil de jour) est prévue, avec validation selon les normes pertinentes pour les lève-personnes médicaux.

Démonstrations : du laboratoire aux scénarios appliqués

Dans les tests en laboratoire, le système plus petit a saisi à plusieurs reprises des objets de rigidité et de texture variées, parmi lesquels un vase en verre, une pastèque et un faisceau de barres métalliques. Pendant la prise, les tubes se sont d'abord faufilés à travers un espace compact (par ex. une boîte pleine), puis ont enveloppé la cible et formé un « sac » stable. Dans l'étape finale, le treuil a soulevé la charge sans oscillations. Dans une démonstration de soins, un dispositif plus grand avec deux boîtes montées sur une traverse au-dessus du lit a faufilé des tubes sous le dos et sous les genoux d'une personne, a fermé la boucle et l'a soulevée doucement en position assise, puis en transition vers un fauteuil roulant. Toutes les phases étaient contrôlées et réversibles.

Ces démonstrations confirment deux avantages clés : (1) la capacité d'atteindre la cible à travers des obstacles et (2) la capacité de suspension sûre de la charge quand la boucle est fermée. De plus, le mécanisme d'extension/rétraction lui-même signifie qu'après la prise, rien de rigide ne dépasse hors de la boucle, ce qui réduit le risque de choc avec l'environnement.

Questions ouvertes : réglementation, stérilité et maintenance

La voie vers une application clinique plus large nécessitera une harmonisation avec la réglementation (par exemple, classification et essais pour les lève-personnes médicaux), la résolution des questions de stérilisation ou de remplacement des tubes consommables et la vérification de l'endurance des membranes lors d'un grand nombre de cycles. Dans les soins à domicile, les questions d'ergonomie (dimensions, niveau de bruit du compresseur, vitesse de la procédure) et le coût des consommables sont importants. La conception est modulaire : les « chaussettes » consommables peuvent être bon marché et remplaçables, tandis que la boîte avec le compresseur, les vannes et le treuil sont des composants plus durables.

Où en est la technologie aujourd'hui

Le concept de robots « croissants » est largement documenté dans la littérature spécialisée et a été étendu ces dernières années à des échelles fines et millimétriques et à une commande plus avancée (par ex. élastomères à cristaux liquides dans la « peau » pour l'orientation). Les équipes du MIT et de Stanford ont présenté leurs résultats récents sur la programmation des sections et l'application pour le transfert de patients en 2025 sous forme d'article scientifique et de présentations en congrès, soulignant la possibilité de former des sangles larges et confortables et la preuve du principe qu'un seul mécanisme doux et souple peut prendre en charge une fonction qui nécessitait jusqu'à présent une combinaison de travail manuel et de mécanique rigide. Il s'agit d'une recherche qui est encore en validation et développement itératif, mais les démonstrations montrent une base mature pour la transition vers des applications pilotes dans des environnements réels.

Potentiel d'intégration avec la vision et la planification

Bien que les démonstrations montrent des levages réussis dans des conditions semi-contrôlées, les prochaines étapes incluent l'intégration avec la stéréo-vision ou des caméras de profondeur qui peuvent « lire » les contours du corps et de l'environnement et planifier la trajectoire de croissance des tubes avec un contact minimal avec les points sensibles. Les algorithmes peuvent générer des paramètres de croissance (pression, vitesse, angle de torsion) et des contrôles de vérification (la boucle est-elle vraiment fermée, la tension est-elle dans les limites admissibles). Dans la logistique, la connexion aux systèmes WMS/ERP permettrait la récupération automatique d'articles depuis des étagères profondes avec des interventions minimales de l'opérateur.

Économie et durabilité

Le coût brut du prototype dépend grandement du compresseur, de la plaque de vannes et de l'ensemble de capteurs. La partie consommable — les manchons en polymère — peut être produite en rouleaux de stratifié industriel, ce qui facilite la maintenance et réduit les déchets : un manchon usé est remplacé sans changer le reste du système. Énergétiquement, les cycles de croissance nécessitent des débits d'air de pointe, mais le maintien de la charge peut être économe car le treuil prend en charge la charge statique.

Ce que cela signifie pour la conception des lieux de travail

Dans les établissements de soins, où les blessures musculo-squelettiques des soignants sont fréquentes, une telle technologie peut faire partie d'un ensemble plus large de mesures : procédures de levage standardisées, formation et équipement. Dans les entrepôts, où la marchandise est souvent difficile à atteindre depuis la profondeur des cages à palettes, l'approche « vigne » peut compléter les bras robotiques existants et les systèmes AGV/AMR, surtout pour des objets irréguliers, glissants ou poreux.

En conclusion sur la tendance, sans conclusion d'article

La robotique qui reprend des principes du monde végétal — croissance depuis la pointe, enroulement autour d'un support et transformation de la ligne de contact en boucle porteuse — ouvre une nouvelle niche entre les manipulateurs rigides et les lève-personnes traditionnels. Dans les segments où il existait jusqu'à présent un compromis entre sécurité et productivité, le préhenseur « vigne » montre qu'avec deux phases (boucle ouverte pour l'accès, boucle fermée pour le portage), on peut obtenir les deux : pénétration jusqu'à la cible et suspension sûre de la charge.