Dans les laboratoires de Stanford, une équipe d'ingénieurs et de physiciens a réussi à donner vie à des matériaux inspirés d'un maître du camouflage naturel: le céphalopode. Leur création réinvente la manière dont une surface peut interagir avec la lumière et le toucher.
Cette avancée repose sur la combinaison d'un polymère souple et d'un outil de gravure extrêmement précis, permettant de piloter simultanément le relief et la couleur d'un film synthétique. Ces "peaux" artificielles, capables de métamorphoses rapides et réversibles, ouvrent des perspectives dans divers domaines tels que la robotique, les interfaces tactiles, ou encore la bio-ingénierie.
Le principe d'une métamorphose contrôlée
La clé de cette innovation réside dans un film polymère aux propriétés étonnantes: il gonfle de manière contrôlée en absorbant de l'eau. En utilisant un faisceau d'électrons, les chercheurs peuvent modifier localement la structure moléculaire de ce polymère. Ces zones ainsi "traitées" absorbent alors moins de liquide et gonflent donc moins. Cette différence de gonflement entre les zones, imperceptible lorsqu'il est sec, se traduit par l'apparition de motifs en relief d'une finesse microscopique dès que le matériau est humidifié.
Le polymère agit comme une toile réactive, où l'artiste utilise non pas un pinceau, mais un faisceau de particules pour dessiner en creux les motifs qui ne se révéleront qu'au contact de l'eau.
En créant des reliefs à l'échelle du micromètre, les scientifiques peuvent faire varier la manière dont la lumière est diffusée. Une surface peut ainsi réfléchir la lumière de manière directionnelle, ou bien avoir un aspect mat, en dispersant la lumière. Cette capacité est importante pour un camouflage réaliste, car la brillance est souvent un facteur de trahison visuelle dans un environnement naturel.
Évolution des motifs de couleur dans un échantillon de peau photonique souple.
Siddharth Doshi Des couleurs sans pigment et des applications potentielles
Pour générer des couleurs, les chercheurs ont ajouté une dimension optique au système. Ils ont déposé de fines couches métalliques de part et d'autre du film polymère, créant une cavité résonante. L'épaisseur de cette cavité, qui varie avec le gonflement du polymère, détermine la longueur d'onde de la lumière qui est réfléchie. En contrôlant précisément le gonflement selon des motifs préétablis, une même surface unie peut ainsi afficher une palette de taches colorées, sans aucun colorant.
La réversibilité du processus est assurée par l'utilisation d'un solvant, comme de l'alcool isopropylique, qui déshydrate le polymère et le ramène à son état plat et initial en quelques secondes. Cette réversibilité a été testée sur des centaines de cycles sans dégradation notable des performances, une robustesse encourageante pour des applications pratiques.
Les applications envisagées sont multiples. Dans le domaine de la robotique, de tels matériaux pourraient permettre à des robots mous de se fondre dans leur environnement ou de modifier leur adhérence sur une surface. En bio-ingénierie, la capacité à modifier dynamiquement la texture à l'échelle nanométrique offre des pistes pour guider l'adhésion et la croissance des cellules. Enfin, ce travail ouvre la voie à des écrans tactiles d'un nouveau genre, capables de générer des boutons en relief ou des caractères en braille à la demande.