The future of robotics is personal. Never before has technology been as pervasive as it is today, with advanced mobile electronics hardware and multi-level network connectivity pushing “smart” devices deeper into our daily lives through home automation systems, virtual assistants, and wearable activity monitoring. As the suite of personal technology around us continues to grow in this way, augmenting and offloading the burden of routine activities of daily living, the notion that this trend will extend to robotics seems inevitable. Transitioning robots from their current principal domain of industrial factory settings to domestic, workplace, or public environments is not simply a matter of relocation or reprogramming, however. The key differences between “traditional” types of robots and those which would best serve personal, proximal, human interactive applications demand a new approach to their design. Chief among these are requirements for safety, adaptability, reliability, reconfigurability, and to a more practical extent, usability. These properties frame the context and objectives of my thesis work, which seeks to provide solutions and answers to not only how these features might be achieved in personal robotic systems, but as well what benefits they can afford. I approach the investigation of these questions from a perspective of compliance matching of hardware systems to their applications, by providing methods to achieve mechanical attributes complimentary to their environment and end-use. These features are fundamental to the burgeoning field of Soft Robotics, wherein flexible, compliant materials are used as the basis for the structure, actuation, sensing, and control of complete robotic systems. Combined with pressurized air as a power source, soft pneumatic actuator (SPA) based systems offers new and novel methods of exploiting the intrinsic compliance of soft material components in robotic systems. While this strategy seems to answer many of the needs for human-safe robotic applications, it also brings new questions and challenges:​ What are the needs and applications personal robots may best serve? Are soft pneumatic actuators capable of these tasks, or “useful” work output and performance? How can SPA based systems be applied to provide complex functionality needed for operation in diverse, real-world environments? What are the theoretical and practical challenges in implementing scalable, multiple degrees of freedom systems, and how can they be overcome? I present solutions to these problems in my thesis work, elucidated through scientific design, testing and evaluation of robotic prototypes which leverage and demonstrate three key features:​

1. Intrinsic compliance:​ provided by passive elastic and flexible component material properties
2. Extrinsic compliance:​ rendered through high number of independent, controllable degrees of freedom
3. Complementary design:​ exhibited by modular, plug and play architectures which combine both attributes to achieve compliant systems

Through these core projects and others listed below I have been engaged in soft robotic technology, its application, and solutions to the challenges which are critical to providing a path forward within the soft robotics field, as well as for the future of personal robotics as a whole toward creating a better society.

L’avenir de la robotique est personnel. Jamais auparavant la technologie n’avait été aussi omniprésente, avec son matériel électronique mobile évolué et sa connectivité réseau multiniveau qui propulse les appareils «intelligents» au cœur de notre quotidien grâce aux systèmes domotiques, aux assistants virtuels et à la surveillance des activités portables. Alors que la suite de technologies personnelles qui nous entoure continue de croître de cette manière, en alourdissant et en allégeant le fardeau des activités de routine de la vie quotidienne, la notion selon laquelle cette tendance s’étendra à la robotique semble inévitable. La transition des robots de leur principal domaine actuel de configuration d’usines industrielles vers des environnements domestiques, professionnels ou publics n’est cependant pas simplement une question de déménagement ou de reprogrammation. Les principales différences entre les types de robots «traditionnels» et ceux qui serviraient le mieux les applications interactives humaines, proximales et personnelles nécessitent une nouvelle approche de leur conception. Les principales sont les exigences en matière de sécurité, d’adaptabilité, de fiabilité, de reconfigurabilité et, dans une mesure plus pratique, de facilité d’utilisation. Ces propriétés définissent le contexte et les objectifs de mon travail de thèse, qui vise à fournir des solutions et des réponses non seulement à la manière dont ces fonctionnalités pourraient être obtenues dans des systèmes robotiques personnels, mais également aux avantages qu’elles peuvent offrir. J’aborde l’examen de ces questions du point de vue de l’adéquation de la conformité des systèmes matériels à leurs applications, en fournissant des méthodes permettant d’obtenir des attributs mécaniques complémentaires à leur environnement et à leur utilisation finale. Ces caractéristiques sont fondamentales dans le domaine en plein essor de la robotique douce, où des matériaux souples et compatibles sont utilisés comme base pour la structure, l’actionnement, la détection et le contrôle de systèmes robotiques complets. Associé à l’air comprimé comme source d’alimentation, le système basé sur un actionneur pneumatique doux (SPA) offre de nouvelles méthodes novatrices d’exploitation de la conformité intrinsèque des composants de matériaux souples dans les systèmes robotiques. Bien que cette stratégie semble répondre à de nombreux besoins d’applications robotiques sûres pour l’homme, elle apporte également de nouvelles questions et de nouveaux défis :​ Quels sont les besoins et les applications que les robots personnels peuvent mieux servir ? Les actionneurs pneumatiques souples sont-ils capables de ces tâches ou de résultats de travail et de performances «utiles» ? Comment les systèmes basés sur SPA peuvent-ils être appliqués pour fournir des fonctionnalités complexes nécessaires au fonctionnement dans des environnements divers et réels ? Quels sont les défis théoriques et pratiques liés à la mise en œuvre de systèmes évolutifs à plusieurs degrés de liberté et comment peuvent-ils être surmontés ? Je présente des solutions à ces problèmes dans mon travail de thèse, élucidé au moyen de la conception scientifique, des tests et de l’évaluation de prototypes robotiques qui exploitent et démontrent trois caractéristiques clés :​

1. Conformité intrinsèque :​ fournie par les propriétés passives des matériaux des composants élastiques et flexibles
2. Conformité extrinsèque :​ rendu par un nombre élevé de degrés de liberté contrôlables indépendants
3. Conception complémentaire :​ présentée par des architectures modulaires, plug and play, qui combinent les deux attributs pour obtenir des systèmes conformes

Grâce à ces projets de base et aux autres projets énumérés ci-dessous, je me suis engagé dans la technologie de la robotique douce, son application et des solutions aux défis qui sont essentiels pour assurer la voie à suivre dans le domaine de la robotique douce, ainsi que pour l’avenir