Alimenter les robots industriels en énergie en consommant du métal
Le secteur de la fabrication serait, selon certains, à l'aube d'un changement radical : demain, les usines pourraient être entièrement gérées par des robots. À l'aide de l'intelligence artificielle, ces machines pourraient reproduire les actions de l'homme, et elles pourraient non seulement prendre en charge les processus de fabrication, mais aussi la logistique de la chaîne d'approvisionnement, la planification et d'autres fonctions autrefois assurées par l'homme. Selon cette vision de l'avenir, lesdites machines connectées à Internet imiteraient les humains et pourraient réaliser leurs tâches de manière plus précise, plus rapide et moins coûteuse.
Et cette imitation de l'homme ne s'arrêtera peut-être pas là. Les chercheurs Min Wang, Unnati Joshi, James H. Piku, du département d'ingénierie mécanique et de mécanique appliquée de l'Université de Pennsylvanie, travaillent sur une technologie dite de « piégeage métal-air ». Basée sur le balayage des surfaces métalliques, la technologie pourrait servir à « nourrir » les robots en énergie. Ainsi, d'après l'article publié dans Medium, les robots « consommeront du métal pour produire de l'énergie ». Ces futures usines utilisant des robots et de l'IoT sont en effet confrontées au défi suivant : comment alimenter un appareil qui se déplace sans lui ajouter de la masse et du poids, et éviter en particulier de l'alourdir avec des piles encombrantes ?
Extraire l'énergie des métaux
La solution mise au point par les chercheurs de l'Université de Pennsylvanie consiste à capter directement l'énergie électromécanique sur les surfaces métalliques présentes dans leur environnement, en convertissant, par réaction chimique, la matière récoltée en énergie. « Les robots et les appareils électroniques pourraient extraire l'énergie de matériaux à forte densité énergétique qui se trouvent en grande quantité dans les industries, sans qu'ils aient besoin de transporter eux-mêmes ces matériaux », affirment les chercheurs dans un article publié dans ACS Energy Letters. Cela reviendrait, pour les robots, à « manger du métal, et à se libérer de leurs batteries pour disposer de l'énergie nécessaire, un peu comme les humains avec la nourriture ».
Les piles fonctionnent en cassant et en recréant en permanence des liaisons chimiques. Mais le lien entre informatique et stockage de l'énergie est contradictoire. L'informatique est bien adaptée à la miniaturisation et si la taille des processeurs a été réduite, leurs performances ont augmenté. Par contre, pour ce qui est du stockage sur batterie, si l'on veut disposer de plus d'énergie, il faut augmenter toujours plus la taille de la batterie. Même si la taille des robots industriels était réduite à celle d'un insecte, la question de l'alimentation de ces nano-appareils resterait entière : la source d'énergie pour faire fonctionner ce robot serait tout à fait inadaptée à l'objet miniaturisé. En raison de la masse de la batterie, elle pourrait écraser l'appareil, et même si ce n'était pas le cas, la machine aurait besoin de quantités excessives d'énergie pour se déplacer. C'est pour résoudre ce problème que des chercheurs ont cherché comment alimenter ces appareils en tirant l'énergie de l'environnement.
Un hydrogel pour collecter l'énergie
Dans la capture de l'énergie ambiante - comme celle fournie par le soleil ou par le magnétisme - la densité est un élément-clef. La technologie de balayage ne peut pas extraire suffisamment d'énergie de l'environnement, ou alors elle le fait si lentement qu'elle ne peut pas être aussi efficace que des batteries traditionnelles. C'est là qu'intervient le robot mangeur de métaux. La méthode de récolte imaginée par les chercheurs de l'Université de Pennsylvanie produit autant d'énergie qu'une batterie à forte densité, car le métal est plus dense qu'une batterie et donne lieu à plus de réactions chimiques.
La collecte de l'énergie est réalisée à l'aide d'un hydrogel à électrolyte tracté par le robot. Une cathode, traînée à la surface, extrait le courant de la source métallique, acier ou aluminium. « Notre collecteur métal-air a une densité de puissance dix fois supérieure à celle des meilleurs collecteurs d'énergie, au point que nous pouvons rivaliser avec les batteries », a déclaré James Pikul, professeur assistant au département de génie mécanique et de mécanique appliquée de l'université de Pennsylvanie et l'un des auteurs de l'article de Medium. « Le principe chimique est identique à celui des batteries, mais sans le poids associé, parce qu'il utilise les produits chimiques de l'environnement ».
Manger de l'aluminium
Selon James Pikul, « cette technique est potentiellement meilleure que celle des batteries au lithium-ion ». « Un robot qui a besoin de recharger ses batteries n'aura plus qu'à trouver de l'aluminium à « manger » », a déclaré M. Pikul. Par contre, même s'il peut se montrer plus efficace que l'homme, le robot ne sait pas « manger » proprement. « Quand il oxyde le métal sur lequel il passe, il laisse une « couche microscopique de rouille dans son sillage », précise l'article.
