Les graines d’érable artificielles contrôlées par la lumière pourraient surveiller l’environnement même dans les endroits difficiles d’accès

Des chercheurs de l’Université de Tampere, en Finlande, et de l’Université de Pittsburgh, aux États-Unis, ont développé un petit robot reproduisant la danse aérienne des graines d’érable qui tombent. À l’avenir, ce robot pourrait être utilisé pour la surveillance environnementale en temps réel ou pour la livraison de petits échantillons, même dans des terrains inaccessibles comme les déserts, les montagnes ou les falaises, ou en haute mer.

Cette technologie pourrait changer la donne dans des domaines tels que la recherche et le sauvetage, les études sur les espèces menacées ou la surveillance des infrastructures.

À l’Université de Tampere, le professeur Hao Zeng et le doctorant Jianfeng Yang travaillent à l’interface entre la physique, la mécanique douce et l’ingénierie des matériaux dans leur groupe de recherche sur les robots légers. Ils se sont inspirés de la nature pour concevoir des structures glissantes en polymère pouvant être contrôlées par la lumière.

Maintenant, Zeng et Yang, avec le professeur M. Ravi Shankar, de l’Université de Pittsburgh, ont utilisé un matériau intelligent activé par la lumière pour contrôler le mode de glissement d’une graine d’érable artificielle.

Dans la nature, l’érable se disperse vers de nouveaux sites de croissance à l’aide d’ailes volantes dans son samara, ou fruit sec. Les ailes aident la graine à tourner lorsqu’elle tombe, lui permettant de glisser dans une douce brise. La configuration de ces ailes définit leur trajectoire de descente.

L’article « Photochemical Responsive Polymer Films Enable Tunable Gliding Flight » de Jianfeng Yang, M. Ravi Shankar et Hao Zeng a été publié dans Communications naturelles le 1er juin 2024.

Selon les chercheurs, la graine d’érable artificielle peut être contrôlée activement à l’aide de la lumière, où sa dispersion dans le vent peut être activement réglée pour obtenir une gamme de trajectoires de vol plané. À l’avenir, il pourra également être équipé de divers microcapteurs pour la surveillance environnementale ou être utilisé pour livrer, par exemple, de petits échantillons de sol.

Le robot Hi-Tec surpasse les semences naturelles en termes d’adaptabilité

Les chercheurs ont été inspirés par la variété de graines planantes d’arbres finlandais, chacune présentant un modèle de vol unique et fascinant. Leur question fondamentale était de savoir si la structure de ces graines pouvait être recréée à l’aide de matériaux artificiels pour obtenir une élégance aérienne similaire contrôlée par la lumière.

“Les minuscules robots contrôlés par la lumière sont conçus pour être lâchés dans l’atmosphère, utilisant un vol passif pour se disperser largement grâce aux interactions avec les flux d’air environnants. Équipés d’un GPS et de divers capteurs, ils peuvent assurer une surveillance en temps réel des indicateurs environnementaux locaux tels que les niveaux de pH et concentrations de métaux lourds”, explique Yang.

Inspirée par le samara d’érable naturel, l’équipe a créé un élastomère à cristaux liquides déformable à la lumière à base d’azobenzène qui réalise une déformation photochimique réversible pour affiner les propriétés aérodynamiques.

“Les graines d’érable artificielles surpassent leurs homologues naturelles en termes de vitesse terminale réglable, de taux de rotation et de positions de vol stationnaire, améliorant ainsi les déplacements sur de longues distances assistés par le vent grâce à l’auto-rotation”, explique Zeng.

Début 2023, Zeng et Yang ont lancé leur premier mini robot ressemblant à une graine de pissenlit dans le cadre du projet Flying Aero-robots basé sur l’assemblage de matériaux sensibles à la lumière – FAIRY. Le projet a démarré en septembre 2021 et se poursuivra jusqu’en août 2026.

“Qu’il s’agisse de graines, de bactéries ou d’insectes, la nature leur fournit des modèles intelligents pour se déplacer, se nourrir et se reproduire. Cela se fait souvent via une conception mécanique simple, mais remarquablement fonctionnelle”, explique Shankar.

“Grâce aux progrès des matériaux photosensibles, nous sommes en mesure de dicter le comportement mécanique presque au niveau moléculaire. Nous avons désormais le potentiel de créer des micro-robots, des drones et des sondes capables non seulement d’atteindre des zones inaccessibles, mais également de relayer des informations critiques. pour l’utilisateur. Cela pourrait changer la donne dans des domaines tels que la recherche et le sauvetage, les études sur les espèces menacées ou envahissantes ou la surveillance des infrastructures », ajoute-t-il.