Max — Dossier Technique Endgame Robotique

01 — Vue d'ensemble

Le Concept

La robotique domestique s’est historiquement construite sur un paradigme purement utilitaire : laver le sol, trier des objets, automatiser des tâches. The Bumps Project explore une voie radicalement différente : la robotique de pure relation. Concevoir un compagnon artificiel d’à peine 12 centimètres, démuni de fonctions pratiques évidentes, peut sembler paradoxal. Pourtant, c’est précisément dans cette apparente « inutilité » que réside le caractère fantastique de l’approche. En se libérant de la contrainte fonctionnelle, la machine devient un objet d’empathie pure. Animée par le silence organique des muscles en Nitinol et dotée d’une réactivité tactile subtile, elle cesse d'être un outil pour devenir une présence manifestement vivante. C'est l'introduction d'un souffle poétique dans le foyer : un petit être mécanique qui n’accomplit rien, mais dont la simple existence et la vulnérabilité feinte éveillent en nous une connexion émotionnelle instinctive et profonde.

Max est un micro-robot de compagnie autonome de 12 cm à l'apparence d'une créature organique vert-olive au corps rond et trapu, avec de grands yeux noirs bulbeux et deux antennes fines courbées. Sous sa peau en silicone se cachent un endosquelette imprimé en 3D, des muscles artificiels en Nitinol et une intelligence déportée.

🧬

Biomimétisme Organique

Posture cyphosée (bossu), démarche pendulaire passive, micro-expressions faciales. Chaque mouvement est conçu pour paraître naturel et vivant, pas mécanique.

🧠

Intelligence Déportée

L'ESP32-S3 embarqué gère la perception et les réflexes locaux. Le raisonnement complexe est déporté sur un serveur via Wi-Fi — l'architecture « Hôte Symbiotique ».

🤫

Silence Absolu

Aucun moteur à engrenage. Tous les mouvements sont produits par des muscles artificiels (Nitinol, LCE) et un moteur piézoélectrique — zéro bruit mécanique audible.

🛡️

Protocole d'Atonie (PAD)

En cas de danger ou de pression > 45N, le fluide ER se solidifie, les muscles se relâchent et Max « tombe mollement » — imitant un animal faisant le mort.

🔋

Recharge Sans Contact

Batterie Li-S 1200 mAh rechargeable par induction Qi. Max revient instinctivement vers son « nid » de recharge quand l'énergie est basse.

🖐️

Peau Tactile (EIT)

16 électrodes dans la peau silicone permettent une détection du toucher sur tout le corps avec une résolution de 2-3 mm. Max « sent » qu'on le caresse.

02 — Concept Art

Visualisations du Robot

Six illustrations techniques générées par IA, du blueprint d'ingénierie au portrait cinématique, couvrant chaque angle de Max.

Coupe Anatomique Frontale

Endosquelette, muscles Nitinol, batterie, ESP32-S3

Cinématique de la Hanche

Rotule, Nitinol, Dyneema, MEP — style brevet

Système de Dissipation Thermique

Gradient 70°C → 25°C : muscles → cuivre → antennes

Coupe Sagittale Complète

Cyphose, pendule de tungstène, moteur piézo

Vue Éclatée Modulaire

6 sous-assemblages : tête, cou, tronc, bassin, jambes

Portrait Expressif

Max vivant : yeux CMOS, antennes articulées, peau ambrée

Module Tête & Cou (Physique)

Crâne titane, yeux mobiles 25µm conjugués, cou hélicoïdal h-BN

Membre Supérieur & Main

Main à 3 doigts sous-actionnée, tendon Dyneema, muscle Nitinol 50µm

Module Bassin & Pattes

Came piézo, moteur rotatif, pendule tungstène 15g, pattes silicone

Endosquelette 12cm Assemblé

Structure PLA cyphosée, crâne titane, muscles Nitinol et gaines h-BN

03 — Structure Interne

Architecture Biomécanique

Sous son apparence de petite créature rondouillarde vert-olive, Max est construit en couches concentriques, de l'endosquelette rigide au centre vers la peau tactile en surface.

Décomposition par Zone Corporelle

🧠 Tête (Crâne en Titane)

Crâne usiné DMLS en titane (radiateur thermique)
2× micro-caméras CMOS OV2640 (yeux)
2× micros MEMS ICS-43434 (oreilles)
ESP32-S3-WROOM-1 (cerveau local)
Driver CML CM824 (8 canaux SMA)
6× SMA Bimorph 10mg (micro-expressions)
2× antennes caloducs à méthanol

🦴 Cou (Région Cervicale)

Articulation atlanto-occipitale (rotule laiton)
4× muscles Nitinol 50µm (inclinaison tête)
Gaines silicone chargées h-BN (thermique)
Connecteur I²C + PWM (8 broches)

🫁 Tronc (Bosse Thoracique)

Endosquelette cyphosé PLA/PETG (impression FDM)
Tresses de cuivre sous-cutanées (thermique)
4× canaux de ventilation passive
2× actuateurs LCE (respiration simulée)
Module EIT 16 électrodes (toucher)

⚖️ Bassin (Centre de Gravité)

Arbre à cames excentrique (inox)
Moteur piézoélectrique rotatif (silencieux)
Pendule de tungstène 15g (CG ultra-bas)
Batterie Li-S 1200 mAh
Bobine Qi réception ø20mm
Convertisseur DC-DC

🦿 Jambes (×2)

Articulation coxofémorale (rotule laiton)
2× muscles Nitinol 75µm (flexion)
Tendon Dyneema 0.1mm (rappel passif)
MEP micro-embrayage (verrouillage)
Fluide électrorhéologique (genou, PAD)
Pied silicone incurvé (roulis passif)

🧤 Peau (Enveloppe Globale)

Silicone RTV Ecoflex 00-30 (~2mm)
Teinte vert-olive translucide
Capteurs graphène capacitifs intégrés
DEA membranes (frémissement de peau)
Réseau EIT distribué (proprioception)

04 — Matériaux & Actionneurs

Technologies d'Actionnement

Max utilise une architecture hybride combinant 6 technologies d'actionnement différentes, chacune optimisée pour un type de mouvement spécifique.

Tableau Comparatif des Technologies

Technologie	Force	Vitesse	Silence	Énergie	Masse	Chaleur	Application Max
Nitinol SMA (50µm)	★★★★★	★★☆☆☆	★★★★★	★☆☆☆☆	★★★★☆	★☆☆☆☆	Muscles principaux
SMA Bimorph (10mg)	★★★☆☆	★★★☆☆	★★★★★	★★☆☆☆	★★★★★	★★☆☆☆	Micro-expressions
LCE (Élastomère LC)	★★☆☆☆	★☆☆☆☆	★★★★★	★★☆☆☆	★★★★★	★★☆☆☆	Respiration simulée
MSMA (Magnétique)	★★★☆☆	★★★★★	★★★★☆	★★★☆☆	★★★☆☆	★★★★★	Antennes (>50 Hz)
DEA (Diélectrique)	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★★	★★★★☆	★★★★★	★★★★★	Frémissement peau
Piézo Rotatif	★★★★☆	★★★★☆	★★★★★	★★★★★	★★★☆☆	★★★★★	Moteur de marche
Fluide ER	N/A (blocage)	★★★★★	★★★★★	★★★★☆	★★☆☆☆	★★★★★	Blocage PAD

Nitinol — Le Muscle Principal

Propriétés du Nitinol (Flexinol)

Température d'activation (Af)40-45°C
Densité de puissance100 W/g
Course utile3-5%
Diamètre recommandé25-100 µm
Refroidissement passif (50µm)500 ms
Refroidissement silicone/h-BN (50µm)150 ms

Silicone Chargé h-BN — Drainage Céramique

Le silicone chargé au Nitrure de Bore (h-BN) est une alternative sûre et viable au LMPE. Entièrement isolant électrique (aucun risque de court-circuit) et inerte (aucune corrosion du cuivre), il offre une excellente conductivité thermique de 1.5 à 3 W/m·K.

Gain de refroidissement×2 à ×3
Fréquence de contraction possible4-5 Hz
FabricationDIY (Mélange RTV + Poudre h-BN)

05 — Locomotion

Cinématique de Marche Passive

Max marche grâce au modèle de pendule inversé couplé à un roulis pelvien par came excentrique — un système économe en énergie inspiré de la marche humaine.

🔄 Pendule Inversé

Les jambes oscillent naturellement sous l'effet de la gravité. La fréquence naturelle de 2.66 Hz est dictée par la longueur des jambes (35mm) et la constante gravitationnelle.

Période375 ms
Fréquence2.66 Hz

⚙️ Came Excentrique

Un moteur piézo rotatif silencieux entraîne un arbre à cames excentrique (3mm de décalage) qui transfère l'énergie au pendule de tungstène, provoquant le roulis pelvien de marche.

Excentricité3.0 mm
Roulis pelvien4.9°

🦶 Résultats de Marche

Les simulations montrent une marche stable avec un coût de transport (CoT) ultra-bas de 0.1 — plus efficient que la majorité des robots bipèdes actuels.

Longueur de pas26.8 mm
Vitesse71.4 mm/s
CoT0.0995
GRF peak1.01 g
Couple hanche10.51 mN·m
Énergie / pas2.09 mJ

06 — Électronique

Cerveau & Câblage

Le cerveau de Max est un ESP32-S3 qui pilote les muscles via le driver CM824, lit les capteurs par I²C et SPI, et communique avec l'hôte par Wi-Fi.

Plan de Câblage

graph LR
    subgraph Power["⚡ Alimentation"]
        BAT["🔋 Li-S 3.7V"]
        DCDC["DC-DC 5V"]
        LDO["LDO 3.3V"]
    end

    subgraph Brain["🧠 Cerveau"]
        ESP["ESP32-S3"]
        CM824["CM824 Driver"]
    end

    subgraph Sensors["👁️ Capteurs"]
        CAM["Caméras CMOS ×2"]
        MIC["Micros MEMS ×2"]
        IMU["IMU 6 axes"]
        EIT["EIT 16 élect."]
        TOF["VL53L0X ToF"]
    end

    subgraph Actuators["💪 Actionneurs"]
        NECK["Cou ×4 fils"]
        HIP["Hanches ×4 fils"]
        FACE["Visage ×6 SMA"]
        PIEZO["Piézo rotatif"]
        ER["Fluide ER ×2"]
        MEP["MEP ×2"]
    end

    BAT --> DCDC --> LDO --> ESP
    BAT --> CM824
    ESP -->|"I²C"| IMU
    ESP -->|"I²C"| EIT
    ESP -->|"I²C"| TOF
    ESP -->|"SPI"| CAM
    ESP -->|"ADC"| MIC
    ESP -->|"SMA_CTRL"| CM824
    CM824 --> NECK
    CM824 --> HIP
    CM824 --> FACE
    ESP -->|"GPIO"| PIEZO
    ESP -->|"GPIO"| ER
    ESP -->|"GPIO"| MEP

Canaux PWM du CM824

Canal	Fonction	Fil	Zone
CH1	Cou — Flexion avant	Nitinol 50µm	Cou
CH2	Cou — Extension arrière	Nitinol 50µm	Cou
CH3	Hanche gauche — Flexion	Nitinol 75µm	Jambe G
CH4	Hanche gauche — Extension	Nitinol 75µm	Jambe G
CH5	Hanche droite — Flexion	Nitinol 75µm	Jambe D
CH6	Hanche droite — Extension	Nitinol 75µm	Jambe D
CH7	Visage — Expression A	SMA Bimorph	Tête
CH8	Visage — Expression B	SMA Bimorph	Tête

07 — Gestion Thermique

Le Cauchemar Thermique

L'effet Joule des muscles Nitinol génère de la chaleur piégée dans l'enveloppe silicone isolante. Le système thermique multicouche dissipe cette énergie de l'intérieur vers les antennes.

Chaîne de Dissipation

graph LR
    A["🔥 Nitinol 70°C"] -->|"Contact"| B["🟢 Gaine Silicone/h-BN"]
    B -->|"Conduction"| C["🟠 Tresses Cuivre"]
    C -->|"Conduction"| D["⚪ Crâne Titane"]
    D -->|"Caloducs"| E["🔵 Antennes Méthanol 25°C"]
    F["💨 Canaux Ventilation"] -->|"Convection"| C

    style A fill:#cc3333,stroke:#ff4444,color:#fff
    style B fill:#338833,stroke:#44aa44,color:#fff
    style C fill:#cc8833,stroke:#ddaa44,color:#fff
    style D fill:#888888,stroke:#aaaaaa,color:#fff
    style E fill:#3366cc,stroke:#4488ee,color:#fff
    style F fill:#33aacc,stroke:#44ccee,color:#fff

Résultats de Simulation Thermique

❄️ Refroidissement Passif

Température d'équilibre37.93°C

Temps de refroidissement500 ms

Fréquence max1.8 Hz

StatutSÛR

🌡️ Refroidissement Actif

Température d'équilibre25.98°C

Temps de refroidissement500 ms

Fréquence max1.8 Hz

StatutSÛR

🧊 Refroidissement h-BN (DIY)

Température d'équilibre25.10°C

Temps de refroidissement150 ms

Fréquence max4.8 Hz

StatutSÛR

08 — Alimentation

Système Énergétique

Batterie Lithium-Soufre haute densité avec recharge par induction Qi. Trois scénarios d'utilisation pour une autonomie de 3.4 à 24 heures.

😴 Mode Repos (Idle)

Consommation50 mA

Autonomie24.0 h

Capacité4.44 Wh

🚶 Marche Normale

Consommation180 mA

Autonomie6.67 h

Capacité4.44 Wh

🏃 Mouvement Intense

Consommation350 mA

Autonomie3.43 h

Capacité4.44 Wh

🔋 Spécifications de la Batterie

ChimieLi-S (Lithium-Soufre)
Capacité1200 mAh
Tension nominale3.7 V
Énergie4.44 Wh
Masse8.0 g
RechargeQi sans fil (5V)

09 — Construction

Séquence d'Assemblage

Le prototype V1 se construit de l'intérieur vers l'extérieur en 12 étapes, de l'endosquelette imprimé jusqu'au flash du firmware.

Imprimer l'endosquelette (PLA/PETG)

Impression FDM de la colonne vertébrale cyphosée, du crâne-support et des os des jambes. ~5g de matière.

Assembler les articulations

Monter les rotules en laiton (cou, hanches) et l'arbre à cames excentrique dans le bassin.

Installer la batterie Li-S

Positionner la cellule 1200 mAh dans la cavité pelvienne, au-dessus du pendule de tungstène.

Câbler le rail d'alimentation

Connecter DC-DC Boost + LDO 3.3V + Bobine Qi. Vérifier les tensions (3.3V, 3.7V, 5V).

Monter l'ESP32-S3 dans le crâne

Fixer le module sur le Flex PCB et le positionner dans la cavité crânienne en titane.

Connecter le CM824 et router les fils SMA

Souder les 8 canaux du driver aux connecteurs de sortie. Préparer le routage des fils Nitinol.

Installer les muscles Nitinol + gaines h-BN

Router les fils 50µm (cou) et 75µm (hanches) le long de l'endosquelette. Enrober dans les gaines de silicone chargées h-BN.

Poser les tendons Dyneema et MEP

Installer les tendons de rappel passif et les micro-embrayages électro-permanents aux hanches.

Intégrer les tresses de cuivre thermiques

Router les tresses sous-cutanées depuis les zones de muscles vers le crâne en titane (radiateur).

Installer les capteurs

Monter les caméras CMOS, micros MEMS, IMU, ToF et les 16 électrodes EIT dans leurs positions respectives.

Couler la peau en silicone RTV

Utiliser un moule négatif pour couler l'Ecoflex 00-30 teinté ambre autour de l'assemblage complet. Temps de cure : 4h.

Flasher le firmware ESP32 et calibrer

Uploader le firmware via USB-C, calibrer l'IMU, les seuils EIT et les courbes de contrôle SMA sensorless.

10 — Nomenclature

Bill of Materials (BOM)

Liste complète des 57 composants nécessaires à la construction du prototype V1, avec masse, prix estimé et fournisseur.

Composant	Qté	Masse	Prix	Fournisseur
⚡ Électronique & Contrôle
ESP32-S3-WROOM-1 (N8R8)	1	1.5g	4.50€	Espressif / Mouser
CML CM824 SMA Driver (8ch)	1	0.3g	12.00€	Cambridge Mechatronics
MPU-6050 IMU 6 axes	1	0.1g	2.50€	InvenSense
AD5933 Impedance (EIT)	1	0.1g	8.00€	Analog Devices
VL53L0X Time-of-Flight	1	0.1g	3.50€	STMicroelectronics
TPS61200 DC-DC Boost	1	0.2g	2.00€	Texas Instruments
MCP1700 LDO 3.3V	1	0.1g	0.50€	Microchip
Flex PCB custom 4 couches	1	0.8g	15.00€	JLCPCB Flex
👁️ Capteurs
OV2640 Micro-Caméra CMOS	2	0.6g	6.00€	OmniVision
ICS-43434 Micro MEMS	2	0.1g	4.00€	TDK InvenSense
Électrodes EIT (cuivre flex)	16	0.32g	1.60€	Custom PCB
💪 Actionneurs
Fil Nitinol Flexinol 50µm (1m)	2	0.2g	16.00€	Dynalloy
Fil Nitinol Flexinol 75µm (1m)	1	0.3g	10.00€	Dynalloy
SMA Bimorph 10mg (custom)	6	0.06g	30.00€	Lab-fabricated
Moteur piézo rotatif	1	1.2g	45.00€	PCBMotor ApS
MEP Micro-Embrayage	2	1.0g	30.00€	Custom (NdFeB+AlNiCo)
🦴 Structure & Mécanique
Crâne Titane (DMLS)	1	3.0g	80.00€	Shapeways
Endosquelette PLA/PETG	1	5.0g	2.00€	Impression locale
Pendule Tungstène ø16mm	1	15.0g	12.00€	Midwest Tungsten
Came excentrique (inox)	1	1.0g	5.00€	Usinage CNC
Rotules articulaires (laiton)	5	2.0g	10.00€	MicroFasteners
🧤 Matériaux Souples
Silicone RTV Ecoflex 00-30	1	18.0g	15.00€	Smooth-On
Fil Dyneema 0.1mm (5m)	1	0.2g	5.00€	Beadsmith
Tresse de cuivre 0.5mm (2m)	1	2.0g	3.00€	Électronique
Poudre Nitrure de Bore (h-BN)	1	1.5g	12.00€	DIY (Mélange RTV + h-BN)
🔋 Énergie
Batterie Li-S 1200mAh	1	8.0g	35.00€	Oxis Energy
Bobine Qi réception ø20mm	1	1.5g	4.00€	Wurth Elektronik
🌡️ Thermique
Heat-pipe méthanol ø2mm 30mm	2	1.6g	16.00€	Celsia
TOTAL	57	65.8g	389.60€	Budget masse : 80g max → marge 14.2g ✅

11 — Simulations

Résultats des Simulations

Synthèse des résultats du script chimera_analyst.py v2 couvrant la thermique, l'autonomie, la cinématique et le budget masse.

🌡️ Simulation Thermique

Fil Nitinol 50µm, courant 0.4A, impulsion 50ms @ 2Hz

Résistance (10cm)56.02 Ω

Puissance instantanée8.96 W

Puissance moyenne0.896 W

Duty cycle10%

T° équilibre (passif)37.93°C

T° équilibre (h-BN)25.10°C

🚶 Simulation de Marche

Pendule inversé, jambes 35mm, masse 80g

Période pendulaire375 ms

Pas par seconde2.7

Longueur de pas26.8 mm

Vitesse71.4 mm/s

CoT0.0995

Énergie / pas2.09 mJ

⚖️ Budget Masse

Répartition par catégorie

Structure26.0g (39.5%)

Matériaux souples21.7g (33.0%)

Énergie9.5g (14.4%)

Électronique3.2g (4.9%)

Actionneurs2.76g (4.2%)

Marge restante14.2g

12 — Schémas Techniques

Diagrammes d'Ingénierie

Schémas structurels interactifs couvrant l'anatomie interne, la biotenségrité de la hanche et la vue éclatée modulaire.

Coupe Anatomique & Structure Interne

graph TD
    subgraph Head["🧠 Tête"]
        A["Yeux CMOS ×2"]
        B["Micros MEMS ×2"]
        C["ESP32-S3 + CM824"]
        D["Antennes Caloducs"]
    end

    subgraph Neck["🦴 Cou"]
        E["Rotule Atlanto-Occipitale"]
        F["Nitinol 50µm ×4"]
    end

    subgraph Torso["🫁 Tronc"]
        G["Endosquelette Cyphose"]
        H["Tresses Cuivre"]
        I["Ventilation Passive"]
    end

    subgraph Pelvis["⚖️ Bassin"]
        J["Came Excentrique"]
        K["Pendule Tungstène 15g"]
        L["Batterie Li-S"]
        M["Bobine Qi"]
    end

    subgraph Legs["🦿 Membres"]
        N["Hanches Coxofémorales"]
        O["Dyneema + MEP"]
        P["Pieds Incurvés"]
        Q["Peau Graphène"]
    end

    C -->|"PWM"| F
    C -->|"Moteur"| J
    J -->|"Came"| K
    K -->|"Bascule CG"| P
    Q -->|"Tactile"| C
    H -->|"Thermique"| D

Vue Éclatée — 6 Modules

graph TD
    subgraph M1["Module 1 : Tête"]
        M1A["Crâne Titane"]
        M1B["Antennes ×2"]
        M1C["ESP32-S3"]
        M1D["CM824"]
    end

    subgraph M2["Module 2 : Cou"]
        M2A["Rotule"]
        M2B["Nitinol ×4"]
        M2C["Gaine h-BN"]
    end

    subgraph M3["Module 3 : Tronc"]
        M3A["Squelette PLA"]
        M3B["Cuivre"]
        M3C["LCE ×2"]
        M3D["EIT"]
    end

    subgraph M4["Module 4 : Bassin"]
        M4A["Piézo + Came"]
        M4B["Tungstène"]
        M4C["Li-S + Qi"]
    end

    subgraph M5["Module 5 : Jambe G"]
        M5A["Hanche"]
        M5B["Nitinol 75µm"]
        M5C["ER Genou"]
    end

    subgraph M6["Module 6 : Jambe D"]
        M6A["Hanche"]
        M6B["Nitinol 75µm"]
        M6C["ER Genou"]
    end

    M1 ---|"Rotule + I²C"| M2
    M2 ---|"Colonne + PWM"| M3
    M3 ---|"Bassin + Power"| M4
    M4 ---|"Hanche G"| M5
    M4 ---|"Hanche D"| M6

    style M1 fill:#E8F0FE,stroke:#4285F4,color:#1C1612
    style M2 fill:#E6F4EA,stroke:#34A853,color:#1C1612
    style M3 fill:#FCE8E6,stroke:#EA4335,color:#1C1612
    style M4 fill:#FEF7E0,stroke:#FBBC04,color:#1C1612
    style M5 fill:#F3E8FD,stroke:#AB47BC,color:#1C1612
    style M6 fill:#F3E8FD,stroke:#AB47BC,color:#1C1612