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Des matériaux changeant de forme à volonté, conçus par impression 4D réactive

Posté le par Arnaud Moign dans Matériaux, Biotech & chimie

Des chercheurs américains de Rice University ont développé une méthode permettant d’imprimer des objets dont la forme peut être manipulée sous l’effet de la température, de l’électricité ou d’un stress mécanique. Les robots souples reconfigurables seraient-ils proches de la réalité ?

En 2018, l’équipe de chercheurs présentait un matériau capable de se déformer sous l’effet de la chaleur et de reprendre sa forme initiale après refroidissement. Leurs travaux récents vont beaucoup plus loin : ce matériau peut désormais être imprimé en 3D, ce qui permet d’imaginer toutes sortes de formes et d’applications.

Un matériau imprimé en 3D suivant une configuration peut être programmé pour prendre différentes formes. Credit : Verduzco Laboratory/Rice University.

Un seul matériau, 2 formes contrôlables à volonté

La méthode de fabrication en deux étapes présentée dans cette nouvelle étude consiste dans un premier temps à imprimer un précurseur d’élastomère à cristaux liquides (LCE) dans un bain de catalyseur. Cette opération permet ainsi d’obtenir une architecture 3D complexe.

La seconde étape concerne la « programmation » des formes. La structure imprimée est ainsi déformée sous l’effet de contraintes mécaniques puis stabilisée par irradiation UV.

Sous l’effet de la chaleur, cette structure est capable de reprendre sa forme initiale. Comme le processus est réversible, la structure retourne sous sa forme “programmée” en refroidissant. Il s’agit donc bien d’un matériau présentant 2 formes totalement contrôlables !

Un fonctionnement propre aux élastomères à cristaux liquides

Comment un tel phénomène est-il possible ? Tout repose sur une bataille à l’échelle nanométrique entre les cristaux liquides et la matrice en élastomère dans laquelle ils sont emprisonnés. En refroidissant, c’est la forme donnée aux cristaux liquides qui domine. Lorsqu’on chauffe la structure, les cristaux se relâchent à l’intérieur de l’élastomère qui retrouve alors toute sa souplesse.

Une piste intéressante pour la robotique souple

Rafael Verduzco et Morgan Barnes, les chercheurs qui ont réalisé ces travaux, continuent d’améliorer leur invention. Certains points bloquants restent encore à lever, comme l’impossibilité actuellement d’imprimer des structures verticales, en raison du manque de rigidité. En effet, ce matériau étant souple, pendant la phase d’impression, la fabrication de formes complexes n’est pas encore d’actualité.

Néanmoins, ces problèmes sont loin d’être insurmontables et pourraient être résolus rapidement. L’impression 4D réactive n’en est encore qu’à ses débuts mais les chercheurs imaginent déjà la création d’actionneurs souples et la fabrication de robots souples qui pourraient nager à la manière des méduses ou transporter des liquides pour le largage de médicaments.

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Posté le par Arnaud Moign


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