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RobEcolo : des robots en bois pour l’industrie de demain ?

Pourrait-on remplacer les robots industriels métalliques par des robots en bois ? C’est en tout cas l’ambition des partenaires de RobEcolo, projet régional porté par l’Ecole Centrale de Nantes, le CNRS et l’Ecole Supérieure du Bois. Son objectif : concevoir des robots moins polluants à fabriquer en utilisant des matériaux bio-sourcés : le bois. Le projet doit aboutir à la réalisation d’un prototype « fiable, raide et précis ».

L’équivalent de 36 millions de camions parcourant la distance entre Nantes et Paris : tel est l’impact environnemental que représente la fabrication du stock mondial de robots industriels, soit 11 millions de tonnes en équivalent CO2 rejetées dans l’atmosphère1... « C’est considérable, commente Sébastien Briot, chargé de recherches CNRS au LS2N2. Depuis la crise de 2008, l’industrie européenne est lancée dans une course à la robotisation pour rester compétitive. Mais malgré la COP21 et le changement climatique, personne ne se pose vraiment la question de l’impact des robots sur l’environnement. » RobEcolo a été lancé en 2015 à partir de ce constat. Ce projet de trois ans soutenu par la Région Pays de la Loire3 et labellisé par le pôle EMC24 associe l’Ecole Centrale de Nantes au CNRS et à l’Ecole Supérieure du Bois (ESB). Son objectif : « Réduire considérablement l’impact écologique des robots industriels ». Le projet a débuté par une analyse de l’impact environnemental de robots industriels classiques ayant une durée de vie de 12 ans. Sa principale conclusion ? « La fabrication d’un robot émet autant de gaz à effet de serre que son utilisation ». Cela est en grande partie dû aux matériaux utilisés comme l’aluminium, l’acier, les composites de carbone, les métaux rares… « Leur manufacture est très polluante, même s’ils sont recyclés. Sans oublier que leur stock est limité » souligne le porteur du projet. Comment réduire cet impact ? « En utilisant le bois par exemple, un matériau qui peut avoir un ratio masse/raideur équivalent à des aciers classiques » assure le roboticien. C’est là le défi de RobEcolo : montrer que des matériaux bio-sourcés pourraient remplacer la grande majorité des matériaux métalliques ou en composites de carbone utilisés pour fabriquer les robots industriels.

 

Un Kuka® 270, l’un des robots dont l’impact environnemental a été évalué tout au long de sa durée de vie, de sa fabrication à son utilisation pendant douze ans.

Un Kuka® 270, l’un des robots dont l’impact environnemental a été évalué tout au long de sa durée de vie, de sa fabrication à son utilisation pendant douze ans.

 

Première étape de RobEcolo : le choix du bois à utiliser, un bois qui doit garantir les performances mécaniques du robot, « de préférence un bois à la fois raide et peu sensible aux variations d’humidité » précise Sébastien Briot. Les partenaires du projet ont retenu deux essences de bois, le pin et le hêtre, auxquelles est appliqué un traitement particulier : l’acétylation. « Ce procédé d’imprégnation du bois par de l’anhydride acétique (dérivé de l’acide acétique : le vinaigre) améliore sa durabilité » résume le chercheur. Le pin acétylé compose aujourd’hui les « bras » de la première maquette de RobEcolo (cf. photo ci-dessous). Elle permet de comparer la déformation réelle du bois par rapport aux prédictions issues de modèles numériques. « Nous devons connaître avec précision les propriétés mécaniques du bois pour mettre au point de nouveaux outils de modélisation à l’échelle robotique et une méthodologie de conception robuste. » Ces travaux contribueront à réaliser un prototype destiné à effectuer des tâches de pick and place, de prise et de dépose d’objets. « Il s’agira d’un robot parallèle à deux degrés de liberté, une spécialité du LS2N, souligne Sébastien Briot. Commandé par deux moteurs pour effectuer deux mouvements indépendants, ce robot devra être capable de déplacer un objet d’un point à un autre sur un plan. Nous voulons garantir une précision de positionnement inférieure à 500 microns avec une charge d’un kilo. »

 

Cette maquette non motorisée contribue à réaliser les premières expérimentations de RobEcolo sur la déformation du bois.

Cette maquette non motorisée contribue à réaliser les premières expérimentations de RobEcolo sur la déformation du bois.

 

« RobEcolo devrait permettre de lever plusieurs verrous scientifiques et il ouvre la voie à d’autres pistes de recherches, confie Sébastien Briot. On peut par exemple imaginer tester des composites biosourcés à base de chanvre ou remplacer d’autres parties métalliques du robot comme le châssis ou les articulations. » La douzaine de chercheurs, ingénieurs et doctorants - dont Lila Kaci et Clément Boudaud - impliqués dans le projet s’appuient notamment sur l’expérience de l’ESB en conception et modélisation de produits en bois et sur les travaux de l’équipe ARMEN du LS2N. Ses mécaniciens et automaticiens développent de nouveaux outils et méthodes pour améliorer la précision, la rapidité, l’autonomie et l’impact environnemental des robots. « De nos jours la conception de machines en bois est limitée aux maquettes, au prototypage ou au divertissement, à l’instar des machine de l’île de Nantes. Mais tôt ou tard, il va falloir trouver de nouvelles solutions pour concevoir des machines qui limiteront l’impact environnemental de nos activités industrielles » soutient le chercheur.

 

Exemple d’un prototype de bras robotisé en bois fabriqué à l’Université de Stanford (Californie). © Stanford University

Exemple d’un prototype de bras robotisé en bois fabriqué à l’Université de Stanford (Californie). © Stanford University

 

Kogito.fr

1 Source : « Analyse d’Eco-conception de deux robots : KUKA 270 et IRSbot-2 », étude réalisée en 2014 par Fizians Environnement.
2  Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes, issu de la fusion de l’IRCCyN (Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes) et du LINA (Laboratoire d’Informatique de Nantes Atlantique) en janvier 2017.
3 Dans le cadre de l'appel à projets « Paris Scientifiques 2015 ».
4 Pôle de compétitivité pour l’innovation dans les technologies de production

 

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