L’exposition à la vapeur permet à l’actionneur souple d’effectuer diverses tâches

Des scientifiques de l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) en Arabie saoudite ont développé une minuscule « machine à griffes » capable de ramasser et de laisser tomber une balle de la taille d’une bille en réponse à une exposition à des vapeurs chimiques.

Les résultats, publiés le 12 juillet dans la revue Chimiemettent en évidence une technique qui peut permettre aux actionneurs souples (les pièces d’une machine qui la font bouger) d’effectuer plusieurs tâches sans avoir besoin de matériaux coûteux supplémentaires.

Alors que les actionneurs souples existants peuvent être des « poneys à un seul tour » limités à un seul type de mouvement, ce nouveau film composite se tord de différentes manières en fonction de la vapeur à laquelle il est exposé.

« Il peut se plier et s’étirer en fonction des interactions moléculaires, ce qui est très sophistiqué dans cette gamme de tailles », explique l’auteur Niveen M. Khashab, professeur de chimie à la KAUST.

« Nous espérons que nos découvertes seront utilisées pour développer des systèmes robotiques souples avancés capables de mouvements précis et adaptables dans divers environnements », dit-elle, suggérant que les systèmes pourraient être utilisés dans les dispositifs médicaux, l’automatisation industrielle et les outils utilisés pour mesurer la température, la qualité de l’air et l’humidité.

Pour tester la capacité de la machine à griffes à effectuer plusieurs tâches, les chercheurs l’ont d’abord exposée à de l’acétone. En présence de cette vapeur, l’appareil a saisi une boule de coton rouge et s’est étiré pour pouvoir la laisser tomber dans une boîte. Lorsque l’équipe a exposé la machine à la vapeur d’éthanol, elle a saisi la boule de coton et l’a retirée de la boîte.

Contrairement aux actionneurs rigides des « robots durs », qui peuvent être fabriqués en métal ou en plastique résistant, les actionneurs souples sont flexibles, ce qui leur permet d’effectuer une gamme de tâches que leurs homologues rigides ne peuvent pas effectuer.

En conséquence, les actionneurs souples sont devenus la technologie de choix pour les applications de pointe telles que l’agriculture de précision, l’exploration en haute mer et les appareils portables.

Mais les actionneurs souples sont encore limités : ils peuvent se plier, se tordre ou s’étirer, mais aucun actionneur ne peut se déplacer de plusieurs manières, ce qui les empêche d’effectuer des tâches plus complexes qui les prêteraient à une gamme d’utilisations encore plus large.

Bien que les chercheurs aient récemment expérimenté des conceptions d’actionneurs pour donner aux appareils une plus grande amplitude de mouvement, bon nombre de ces stratégies impliquent la combinaison de différents matériaux, ce qui les rend coûteux et difficiles à fabriquer tout en augmentant leur risque de défaillance mécanique.

Pour surmonter ce défi, Khashab et ses collègues ont développé une machine à griffes fabriquée à partir d’une matrice polymère contenant des cages moléculaires avec le composé organique urée.

Les chercheurs ont choisi l’urée pour les cages car ce composé peut former plusieurs liaisons hydrogène, ce qui permet aux molécules d’urée de se reconfigurer rapidement lorsqu’elles sont exposées à différentes molécules dans les vapeurs. Par conséquent, les propriétés du matériau peuvent être contrôlées avec précision, ce qui facilite sa personnalisation.

Les résultats suggèrent que le matériau dont est constituée la machine peut être « efficacement programmé pour réaliser des mouvements complexes en contrôlant judicieusement le type et la concentration du stimulus de vapeur », écrivent les auteurs.

« La découverte la plus remarquable a été le comportement d’actionnement unique où l’actionneur souple a effectué un mouvement complexe impliquant « courbure, étirement et retour », qui n’avait pas été signalé auparavant », explique Khashab.

Ensuite, Khashab et ses collègues prévoient d’étudier la densité énergétique de la machine à griffes et l’efficacité avec laquelle elle convertit l’énergie afin d’améliorer ses performances, dit-elle. Ils testeront également sa capacité à produire des signaux électriques lorsque l’actionneur souple est combiné à des matériaux qui génèrent une charge électrique, avec pour objectif ultime de développer des appareils électroniques portables flexibles, dit Khashab.