Une équipe de recherche de l’Université ºÚÁÏÍø±¬³Ô¹Ï crée des matériaux transformables pour la prochaine génération de robots souples
Des ingénieurs et ingénieures de l’Université ºÚÁÏÍø±¬³Ô¹Ï ont mis au point des matériaux ultraminces pouvant être programmés pour se déplacer, se plier et se remodeler, comme s’il s’agissait d’origamis animés. Ces matériaux ouvrent la voie à la fabrication de robots plus souples, plus sûrs et plus adaptables qui pourraient se déplacer tout en douceur dans le corps humain, de dispositifs portables changeant de forme sur la peau ou encore d’emballages intelligents réactifs à leur environnement.
Dans leurs laboratoires de recherche, Hamid Akbarzadeh, du Département de génie des bioressources, et Marta Cerruti, du Département de génie des mines et des matériaux, sont parvenus à créer de minuscules dispositifs pouvant marcher, se tordre, se retourner et détecter leurs propres mouvements à partir de simples feuillets d’oxyde de graphène plié semblables à du papier. Deux études connexes montrent comment ces matériaux pourraient être produits à grande échelle, programmés pour changer de forme et contrôlés par l’humidité ou des champs magnétiques.
« Les feuillets d’oxyde de graphène sont très prometteurs pour la prochaine génération de robots souples et d’actionneurs adaptatifs, mais leur déploiement reste limité parce qu’ils sont fragiles, difficiles à fabriquer en grande quantité et incapables de générer des mouvements complexes ou programmables », indique Marta Cerruti. Un actionneur convertit l’énergie en mouvement et sert à contrôler un déplacement ou une fonctionnalité.
L’équipe a créé des feuillets d’oxyde de graphène résistants et flexibles qui conviennent parfaitement à la mise au point de robots souples. En effet, ces robots devant être légers et capables d’effectuer des mouvements complexes, ils ne doivent pas comporter de moteurs lourds ni de pièces rigides. De plus, ils ne doivent présenter aucun danger pour les humains.
Les chercheurs et chercheuses ont utilisé les feuillets d’oxyde de graphène pour créer des structures pouvant s’adapter aux conditions environnementales de la vie courante. Dans la première étude, la structure du feuillet, semblable à celle d’un origami, s’ouvre lorsqu’elle est exposée à l’humidité et se referme lorsqu’elle sèche. Dans la deuxième étude, des formes similaires ont été combinées à de minuscules particules magnétiques afin de pouvoir être commandées à distance à l’aide d’un aimant, sans câbles ni piles.
L’équipe a constaté que les structures parvenaient à détecter leur propre mouvement grâce à la capacité inhérente de la couche d’oxyde de graphène à conduire l’électricité, qui change lorsque le matériau est plié. Les structures agissent ainsi à la fois comme des actionneurs qui génèrent un mouvement et comme des capteurs qui le mesurent.
« Grâce à ces avancées, il est possible de mettre au point des métamatériaux en oxyde de graphène robustes, reconfigurables et multifonctionnels pouvant effectuer des mouvements complexes, changer de forme selon les besoins de l’utilisateur, capter le mouvement et fournir des informations en temps réel. Il s’agit des premiers métamatériaux reconfigurables pouvant jouer le double rôle d’actionneurs et de capteurs », souligne Hamid Akbarzadeh.
Les études
L’article « », par Yiwen Chen, Jun Cai, Alireza Seyedkanani, Abdolhamid Akbarzadeh et Marta Cerruti, a été publié dans Materials Horizons.
L’article « », par Jun Cai, Yiwen Chen, Alireza Seyedkanani, Guocheng Shen, Marta Cerruti et Abdolhamid Akbarzadeh, a été publié dans Advanced Science.
Ces projets ont bénéficié du soutien financier du fonds Nouvelles frontières en recherche, du programme des chaires de recherche du Canada sur les métamatériaux multifonctionnels, des subventions à la découverte du CRSNG, de la Fondation canadienne pour l’innovation, du FRQNT (bourse de formation au doctorat) et de l’Université ºÚÁÏÍø±¬³Ô¹Ï.