Avec ses moteurs haute performance, ses réducteurs compacts et ses capteurs haute résolution, FAULHABER fournit la base technologique nécessaire aux mains robotiques et prothétiques avancées. Alors, comment développer une main artificielle qui ne soit pas perçue comme un corps étranger, mais qui s’intègre naturellement dans la vie quotidienne ? Quelles exigences doivent être satisfaites, quels défis relevés et quelles expertises mobilisées pour créer un produit fonctionnel, intuitif et centré sur l’humain ?
Tiziano Bordonzotti est responsable commercial sectoriel chez FAULHABER et travaille dans les ventes mondiales depuis près de 30 ans. Grâce à son expertise en technologie d’entraînement et en support technique, il a accompagné et soutenu de nombreux projets. Dans cet entretien, il partage ses réflexions.
À quelles exigences les systèmes d’entraînement comme les moteurs et les réducteurs doivent-ils satisfaire pour fonctionner de manière fiable et précise dans des mains robotiques ?
Les mains robotiques sont soumises à de nombreuses exigences, car elles doivent permettre des mouvements extrêmement précis, dynamiques et en même temps fiables, dans un espace très restreint. L’une des caractéristiques essentielles est une densité de couple élevée à grande vitesse. Les moteurs et les réducteurs doivent fournir une force suffisante sans devenir lourds ni encombrants. Étroitement liés à cela, la précision ainsi que le jeu minimal sont déterminants, puisque même les plus petites imprécisions ont un impact direct sur la qualité de préhension, la reproductibilité et la motricité fine. Le rendement élevé et la faible génération de chaleur sont également essentiels. Les entraînements sont généralement très compacts et fonctionnent souvent en continu, de sorte que l’accumulation de chaleur dissipée doit être minimisée. Cela permet non seulement de protéger les composants, mais aussi d’améliorer l’efficacité et l’autonomie de la batterie.
Pour une utilisation à long terme, les systèmes d’entraînement doivent en outre être durables et résistants à l’usure. Les mains robotiques sont soumises à des milliers de cycles de préhension par jour, sous des charges variables. Une conception robuste, capable de fonctionner de manière fiable même sous des contraintes fluctuantes, est donc essentielle. Dans le domaine des prothèses de main motorisées, une tendance claire se dessine en faveur de solutions conformes à des indices de protection IP normalisés. Cela implique une étanchéité hermétique de la main et un fonctionnement sûr malgré l’exposition à la poussière, à l’eau et à d’autres influences environnementales.
Un autre facteur clé est le faible niveau de bruit. Un fonctionnement silencieux contribue fortement à une sensation de mouvement naturelle. De plus, des temps de réponse courts et une large bande passante de régulation sont nécessaires pour permettre des mouvements sensibles et dynamiques. Ce n’est qu’ainsi que des adaptations rapides à différents objets et situations peuvent être réalisées. Enfin, la taille et le poids sont déterminants. Les entraînements doivent être extrêmement compacts et légers et les systèmes modernes doivent permettre une intégration transparente de capteurs, par exemple pour le retour de position, de force ou de couple. C’est uniquement grâce à cette interaction entre entraînement, réducteur et capteurs qu’un contrôle précis et une grande fonctionnalité peuvent être obtenus.
En résumé, ce sont précisément ces caractéristiques — précision, efficacité, dynamique et fiabilité dans un espace minimal — qui font des systèmes d’entraînement l’un des facteurs clés du succès des mains robotiques modernes.
Comment intégrer des entraînements à la fois performants et économes en énergie malgré un espace d’intégration limité ?
Il s’agit de l’un des défis centraux dans le développement des mains prothétiques et robotiques modernes. L’espace disponible est extrêmement restreint, tandis que les exigences en matière de performance, de précision et d’efficacité ne cessent d’augmenter.
L’un de nos projets récents dans le domaine des prothèses illustre clairement les possibilités actuelles. L’ensemble de la main présente une compacité extrême, chaque espace disponible est exploité. Cela n’est réalisable qu’avec des moteurs et des composants d’entraînement offrant un excellent rapport puissance/poids, associés à une intégration mécanique très bien pensée. La performance, l’efficacité et la compacité doivent être considérées conjointement dès le départ, des optimisations isolées ne fonctionnent tout simplement pas dans ce type de systèmes.
Existe-t-il des types de moteurs ou des concepts de réducteurs qui se sont révélés particulièrement efficaces dans vos projets, et si oui, pourquoi ?
Nous observons clairement une tendance à l’abandon des moteurs C.C. à balais classiques au profit des moteurs sans balais. Les moteurs BL disposent d’un rendement supérieur et d’une durée de vie plus longue et sont mieux adaptés aux applications dynamiques et fortement sollicitées : exactement ce dont les mains robotiques modernes ont besoin. En même temps, des solutions de réducteurs à la fois très résistantes et extrêmement compactes jouent un rôle déterminant. Dans plusieurs projets, des solutions sur mesure, parfois brevetées, ont été développées en collaboration avec nos clients afin d’assurer une grande capacité de charge et la transmission mécanique efficace de la puissance. La miniaturisation est également de plus en plus marquée : alors que des unités d’entraînement avec des diamètres allant jusqu’à 15 mm étaient couramment utilisées par le passé, les solutions actuelles se situent souvent entre 8 et 12 mm, avec des performances nettement supérieures.
Quelle importance revêt la réduction du bruit pour les entraînements dans les prothèses ou les robots humanoïdes, et comment est-elle mise en œuvre sur le plan technique ?
La réduction du bruit est un facteur très important, en particulier en prothétique et dans les robots humanoïdes qui évoluent à proximité immédiate de la personne. Un système d’entraînement bruyant est rapidement perçu comme peu naturel ou dérangeant. Bien que le bruit provienne initialement du moteur lui-même, il est souvent amplifié par des accouplements mécaniques ou des réducteurs mal conçus ou encore des matériaux inappropriés. L’augmentation de la dynamique du système constitue un défi particulier : plus les mouvements sont rapides, plus le niveau de bruit intrinsèque augmente.
Sur le plan technique, cela ne peut être maîtrisé qu’au moyen d’un concept d’entraînement global : des moteurs silencieux, des réducteurs fabriqués avec une grande précision, des configurations de paliers optimisées et une intégration mécanique soignée. Seule l’interaction de l’ensemble de ces éléments permet d’obtenir un fonctionnement fluide et une sensation de mouvement naturelle.