L’expérience imitant le concombre est la première démonstration du tropisme végétal dans un actionneur, et fait partie d’un mouvement vers la robotique “douce”, qui utilise des actionneurs construits à partir de matériaux fluides comme le tissu, le papier, les fibres et les polymères, plutôt que rigides. articulations métalliques, pour privilégier les mouvements polyvalents. La douceur améliorerait les robots dans les situations où la flexibilité et la conception discrète sont importantes, comme pendant la chirurgie. Et un robot souple autonome pourrait fonctionner dans des endroits où il n’y a pas d’alimentation électrique et où il n’y a personne.
“Pour notre travail, le succès est de prouver que les matériaux artificiels peuvent aussi se comporter comme des créatures naturelles – des plantes, dans ce cas”, déclare Aziz. “Nous avons donc donné aux matériaux artificiels un degré d’intelligence naturelle.”
Le fil, bien sûr, ne peut pas bouger tout seul. Il doit être infusé d’un matériau supplémentaire qui le rend réactif.
Aziz a passé ses torsades de fil à travers trois solutions différentes. L’un, un hydrogel d’alginate, permettrait à l’appareil d’absorber l’eau. Un autre, un hydrogel à base de polyuréthane, le rendait moins cassant. La couche finale était un revêtement sensible à la chaleur. Il a ensuite enroulé le fil autour d’une tige de métal pour le faire s’enrouler comme des vrilles de concombre. Le produit final ressemble à un long ressort magenta foncé. Ses bobines lisses éclipsent les nombreuses couches de torsions fibreuses, mais elles sont toutes là.
Son équipe a testé les capacités du “muscle” du fil avec une série d’expériences. Tout d’abord, ils ont attaché un trombone à l’extrémité inférieure de la bobine. Ensuite, ils ont donné à la bobine quelques pulvérisations d’eau. L’hydrogel a gonflé, absorbant l’eau. La bobine s’est contractée, rétrécissant et tirant le trombone vers le haut.
Mais pourquoi le gonflement de l’hydrogel a-t-il fait se contracter la bobine plutôt que de se dilater ? C’est à cause de cette microstructure hélicoïdale : l’hydrogène gonflé a poussé l’hélice à se dilater radialement en bobines plus larges, et le muscle du fil s’est contracté dans le sens de la longueur pour compenser.
Ensuite, les chercheurs ont appliqué de l’air chauffé par une plaque chauffante. Cela a eu l’effet inverse : la bobine s’est détendue et a abaissé le trombone. C’est parce que l’air chaud aide à libérer les molécules d’eau de l’hydrogel, permettant au muscle de se dilater. (L’air frais permet à ces molécules de se résorber, contractant à nouveau le muscle.)
Ensuite, ils ont demandé : cette chose pourrait-elle fermer une fenêtre ? (Cela peut sembler un défi étrange, mais ils voulaient une démonstration pour prouver que le petit muscle pouvait accomplir une tâche utile par lui-même – pas de source d’alimentation, pas de tubes pour l’air ou de fils nécessaires.) Un fil est bien sûr trop fragile pour déplacer une fenêtre en verre pleine grandeur, quel que soit le nombre de torsions que vous y faites. L’équipe d’Aziz a donc créé sa propre version en plastique de la taille d’une paume. La fenêtre avait deux vitres qui pouvaient se joindre pour se fermer comme des volets. Ils ont tissé le petit muscle magenta à travers les deux vitres. Avec un jet d’eau, le fil s’est contracté, rapprochant les volets jusqu’à ce que la fenêtre soit complètement fermée.
Pour Aziz, la beauté de cette microstructure est que ce type de changement de forme est réversible. D’autres matériaux musculaires artificiels, comme les matériaux à mémoire de forme, se déforment souvent de manière irréversible, ce qui limite leur utilisation répétée. Mais dans ce cas, la bobine peut se contracter ou se détendre indéfiniment, répondant aux conditions atmosphériques. “Quand la pluie arrive, elle peut fermer la fenêtre”, dit-il. “Et quand la pluie tombera, elle ouvrira à nouveau la fenêtre.”
