Muscles artificiels robotiques stables et efficaces construits sur de nouvelles combinaisons de matériaux

Les actionneurs, qui convertissent l’énergie électrique en mouvement ou en force, jouent un rôle central dans la vie quotidienne, même s’ils passent souvent inaperçus. Les actionneurs à base de matériaux souples, en particulier, ont attiré l’attention des scientifiques ces dernières années en raison de leur légèreté, de leur fonctionnement silencieux et de leur biodégradabilité. Une approche simple pour créer des actionneurs souples consiste à utiliser des structures multi-matériaux, telles que des « poches » constituées de films plastiques flexibles remplis d’huiles et recouverts de plastiques conducteurs.

Lorsqu’il est soumis à une activation électrique, le film déplace le fluide et contracte la poche, à la manière d’un muscle biologique. Ce système peut être utilisé pour construire des muscles artificiels pour des robots, des optiques réglables ou des surfaces tactiles. Cependant, jusqu’à présent, l’application d’une activation électrique constante ne permettait que des contractions musculaires à court terme, ce qui posait une limitation significative pour les applications pratiques.

Le chercheur Ion-Dan Sîrbu de la Scuola Superiore Sant’Anna, ancien doctorant à l’Université de Trente sous la direction de Giacomo Moretti et Marco Fontana, a commencé à étudier ce phénomène lors d’une période de recherche à l’Université Johannes Kepler de Linz.

En collaboration avec le groupe de recherche autrichien, Ion-Dan Sîrbu a développé un système permettant une mesure précise de la force dans ces actionneurs.

“Lors de mes recherches sur les combinaisons de matériaux courantes”, explique Ion-Dan Sîrbu, “j’ai également expérimenté un film plastique qu’un collègue doctorant, David Preninger, a utilisé pour ses travaux sur les muscles artificiels biodégradables. Dès que nous avons remarqué que ce matériau peut maintenir une force constante pendant des périodes arbitrairement longues, nous avons réalisé que nous avions fait une découverte importante. »

Depuis, l’équipe a travaillé sur un modèle théorique et mené des caractérisations approfondies des matériaux. Il est devenu évident que les principaux résultats expérimentaux pouvaient être décrits avec précision à l’aide de modèles simples.

“La beauté de notre modèle réside dans sa simplicité et dans le fait qu’il ne se limite pas aux actionneurs existants. Nous pensons que nos résultats fourniront à la communauté scientifique un outil simple mais puissant pour concevoir et étudier de nouveaux systèmes”, déclare David Preninger, co-premier auteur. de l’article et doctorant au département de physique de la matière molle de l’Université Johannes Kepler, décrivant la recherche récemment publiée dans Électronique naturelle.

“Ce qui est intéressant, c’est que non seulement nous avons rendu cette technologie plus fonctionnelle, mais que notre étude permet également d’identifier des combinaisons de matériaux qui permettent de réduire jusqu’à mille fois la consommation d’énergie”, ajoute le professeur Kaltenbrunner.

En utilisant les combinaisons de matériaux identifiées, les scientifiques ont développé et exploité avec succès divers types de muscles artificiels, des optiques à gradient variable et des écrans tactiles.

Le professeur Fontana souligne : « La compréhension des mécanismes fondamentaux sous-jacents aux actionneurs souples, tels qu’établis par cette étude, pourrait permettre de faire un pas de géant dans le domaine des dispositifs d’assistance, des machines automatiques et des robots mobiles pour l’exploration terrestre, marine et spatiale. Tous ces secteurs sont à la recherche de solutions peu coûteuses et performantes, qui doivent également être capables de garantir une faible consommation et un faible impact environnemental pour la durabilité.