Une équipe de chercheurs du MIT ont trouvé un moyen d’imiter le mécanisme d’enroulement et d’étirage d’une plante pour produire des fibres qui pourraient être utilisées comme muscles artificiels pour des robots, des membres prothétiques ou d’autres applications mécaniques et biomédicales.
Bien que de nombreuses approches différentes aient été utilisées pour créer des muscles artificiels, y compris des systèmes hydrauliques, des métaux à mémoire de forme, des polymères qui répondent à des stimuli, elles ont toutes des limites, notamment un poids élevé ou des temps de réponse lents. Le nouveau système à base de fibres, en revanche, est extrêmement léger et peut réagir très rapidement, selon les chercheurs. Les résultats sont rapportés dans la revue Science .
Les nouvelles fibres ont été développées par Mehmet Kanik, postdoc du MIT, et Sirma Örgüç, étudiante diplômée du MIT. en un seul brin de fibre.
La clé du processus consiste à assembler deux matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique très différents, ce qui signifie qu’ils ont des taux de dilatation différents lorsqu’ils sont chauffés. C’est le même principe utilisé dans de nombreux thermostats, par exemple, en utilisant un bilame comme moyen de mesurer la température. Lorsque le matériau joint se réchauffe, le côté qui souhaite se dilater plus rapidement est retenu par l’autre matériau. En conséquence, le matériau collé se courbe, se pliant vers le côté qui se dilate plus lentement.
En utilisant deux polymères différents liés ensemble, un copolymère élastomère cyclique très extensible et un polyéthylène thermoplastique beaucoup plus rigide, Kanik, Örgüç et ses collègues ont produit une fibre qui, lorsqu’elle est étirée à plusieurs fois sa longueur d’origine, se forme naturellement en une bobine serrée.
Dès que Kanik a ramassé la fibre enroulée pour la première fois, la chaleur de sa main seule a provoqué un resserrement de la fibre. Faisant suite à cette observation, il a constaté que même une légère augmentation de la température pouvait entraîner le resserrement de la bobine, produisant une force de traction étonnamment forte. Ensuite, dès que la température a diminué, la fibre a retrouvé sa longueur initiale. Lors de tests ultérieurs, l’équipe a montré que ce processus de sous-traitance et d’expansion pouvait être répété 10 000 fois «et qu’il se poursuivait». Une simple augmentation de 1 degré Celsius peut suffire à déclencher la contraction de la fibre.
Les fibres peuvent couvrir une large gamme de tailles, allant de quelques micromètres (millionièmes de mètre) à quelques millimètres (millièmes de mètre) de largeur, et peuvent facilement être fabriquées en lots atteignant des centaines de mètres de long. Des tests ont montré qu’une seule fibre est capable de soulever des charges pouvant atteindre 650 fois son propre poids. Pour ces expériences sur des fibres individuelles, Örgüç et Kanik ont mis au point des installations de test miniaturisées dédiées.
Ces fibres pourraient être utilisées comme actionneurs dans les bras, les jambes ou les pinces robotiques, ainsi que dans les prothèses, où leur faible poids et leur temps de réponse rapide pourraient offrir un avantage significatif.
Les possibilités pour ce type de matériaux sont pratiquement illimitées, car presque toutes les combinaisons de deux matériaux ayant des taux de dilatation thermique différents pourraient fonctionner, laissant ainsi un vaste éventail de combinaisons possibles à explorer.
Source: http://news.mit.edu/ – 12/07/19