Un muscle artificiel capable de soulever 1 000 fois son poids. Cette affirmation semble relever de la science-fiction, mais une nouvelle technologie pourrait bien bouleverser le domaine de la robotique molle et des dispositifs portables. Derrière cet exploit, un matériau composite novateur combinant souplesse extrême et résistance impressionnante.
Ces muscles artificiels s'appuient sur une alliance entre polymères à mémoire de forme et particules magnétiques. Le premier élément permet une déformation contrôlée sous l'effet de la chaleur, tandis que les particules magnétiques offrent une commande précise via des champs externes. Cette double propriété permet de moduler la rigidité du matériau dans des proportions inédites, allant jusqu'à 2 700 fois celle de son état le plus souple.
La robotique molle s'inspire du vivant pour développer des machines flexibles et résistantes, adaptées à des environnements complexes. Pourtant, un obstacle majeur subsistait: les matériaux traditionnels, comme le silicone, manquent de robustesse et de capacité de charge. Les avancées réalisées en Corée du Sud apportent une solution à ces limites.
Dans une étude publiée par
Nature, des chercheurs de l'Université de science et technologie d'Ulsan décrivent leur conception: un muscle artificiel aussi souple que la peau et aussi solide que l'acier. Ce matériau composite peut non seulement se plier, s'étirer ou se contracter, mais également soulever des charges jusqu'à 1 000 fois son propre poids.
La clé de cette prouesse réside dans le contrôle thermique et magnétique du système. À haute température, le muscle devient malléable et adaptable. Une fois refroidi, il retrouve sa rigidité et sa forme initiale grâce aux propriétés mémoires du polymère. Cette flexibilité ouvre des perspectives en robotique chirurgicale, prothèses dynamiques et dispositifs portables.
Lorsqu'il est soumis à un champ magnétique, le matériau peut s'étendre jusqu'à 800 % de sa longueur initiale, tout en conservant une précision de mouvement remarquable. Sa réactivité permet d'exécuter des tâches complexes telles que manipuler des objets fragiles ou travailler dans des conditions extrêmes.
L'équipe de chercheurs a également intégré une architecture en double couche avec un hydrogel amortissant les vibrations. Cette innovation renforce la stabilité du muscle, même à grande vitesse, et améliore son efficacité énergétique, qui atteint 90.9 %.
Ces muscles artificiels ne se limitent pas à leur force impressionnante. Leur modularité pourrait transformer les technologies portables et biomédicales, offrant une réponse sur mesure aux besoins individuels. Des dispositifs capables d'accompagner les mouvements humains tout en augmentant leur puissance pourraient bientôt voir le jour.
Pour le Pr Jeong, responsable du projet, cette découverte marque une étape cruciale pour surmonter les limitations des matériaux actuels, promettant des applications dans des secteurs aussi variés que l'industrie, la médecine et la robotique de pointe.
a - Schéma montrant le concept de muscle composite monophasique et ses fonctions multiples.
b - (i) Composition chimique du composite ; (ii) image SEM des microstructures ; (iii) et (iv) images TEM des microparticules NdFeB.
c - (i) Mécanisme de fonctionnement du poly(SMA-co-EGDMA) ; (ii-v) images WAXS des composites dans différents états: cristallisé, amorphe, amorphe étiré, et cristallisé étiré. Qu'est-ce qu'un polymère à mémoire de forme ?
Un polymère à mémoire de forme est un matériau capable de changer de forme sous l'effet d'un stimulus, comme la chaleur, et de retrouver sa configuration initiale lorsque le stimulus disparaît. Cette propriété repose sur une structure moléculaire unique.
Ces polymères sont programmés pour mémoriser deux états: un état "déformé", activé par un stimulus, et un état "initial", auquel ils reviennent lorsque le stimulus cesse. Ce comportement les distingue des matériaux classiques.
Ils sont largement utilisés en robotique, médecine et industrie. Leur capacité d'adaptation les rend idéaux pour créer des dispositifs intelligents, comme des prothèses dynamiques ou des muscles artificiels. Leur grande flexibilité et leur résistance offrent des solutions innovantes pour des technologies nécessitant une modularité entre rigidité et souplesse.