Un design inspiré du papillon pour créer des appareils électroniques récupérables

Au cours des dernières décennies, les ingénieurs électroniciens ont créé des dispositifs de formes variées et de conception de plus en plus sophistiquée. Cela inclut les appareils électroniques qui peuvent être repliés sur eux-mêmes, tels que les téléphones pliables, ainsi que divers autres appareils compressibles.

Des chercheurs de l'Université d'Ajou et d'autres instituts en Corée du Sud ont récemment introduit une nouvelle conception pour développer des composants électroniques récupérables, ou en d'autres termes, des composants électroniques capables de retrouver leur forme d'origine après avoir été froissés ou compressés sur eux-mêmes pour réduire leur taille. Cette conception, décrite dans un article publié dans Électronique naturelles'inspire du mécanisme qui permet aux papillons de déployer leurs ailes lorsqu'ils quittent leur cocon.

“La nature est riche de plantes et d'animaux différents, dont chacun a survécu en s'adaptant et en évoluant dans des environnements extrêmes”, a déclaré Seungyong Han, co-auteur de l'article, à Tech Xplore. “Personnellement, j'ai toujours pensé qu'en observant attentivement ces phénomènes, nous pouvions trouver des indices pour résoudre divers problèmes de la société moderne. De plus, en abordant cela d'un point de vue technique, je pensais que nous pourrions obtenir des résultats susceptibles d'améliorer la vie quotidienne des gens. “

Avant la naissance du papillon, ses ailes sont repliées et repliées sur elles-mêmes dans un cocon. Notamment, à l’intérieur du cocon, les ailes sont mouillées d’un fluide biologique, ce qui évite qu’elles ne soient endommagées tant qu’elles sont encore froissées. Lorsqu'un papillon sort de son cocon, le fluide s'évapore, lui permettant de déployer lentement ses ailes, entraînant la dissipation des rides qu'ils présentaient lorsqu'ils étaient pliés.

Han et ses collègues ont décidé de créer un design électronique inspiré de ce mécanisme naturel de déploiement des ailes. Pour ce faire, ils ont d’abord créé un matériau composite à rigidité variable.

La dureté et la douceur de ce matériau peuvent être contrôlées sans nécessiter de substances supplémentaires. Cela le rend prometteur pour le développement d’une électronique flexible et robuste qui ne présente pas de plis, même après avoir été froissée.

“Nos composants électroniques récupérables sont conçus pour imiter les propriétés remarquables des ailes de papillon, qui peuvent être froissées en chrysalide et en ressortir lisses et fonctionnelles”, a expliqué Han. “Leur conception sous-jacente intègre des nanofils d'argent, un polymère à mémoire de forme (SMP) et un élastomère. Les nanofils d'argent sont non seulement conducteurs, mais agissent également comme des éléments de détection mécaniques. Ils aident à changer la phase du SMP grâce au chauffage Joule, qui est un processus de chauffage d'un matériau à l'aide d'un courant électrique.

Le design proposé par cette équipe de recherche fonctionne de la manière suivante : lorsqu'un appareil électronique est froissé, le SMP (un matériau flexible) qu'il contient lui permet de se plier sans présenter de dommages permanents. Si de la chaleur est appliquée à ce matériau via une série de nanofils d’argent, il se transforme et devient rigide.

“Ce changement aide l'électronique à se déplier et à retrouver sa forme plate d'origine sans plis ni dommages permanents”, a déclaré Han. “Les appareils créés à l'aide de notre conception peuvent résister à des froissements et à des dépliages répétés sans perdre leur fonctionnalité. Notre conception se traduit également par une efficacité d'emballage élevée, permettant aux appareils d'être compressés dans de très petits espaces (comme une capsule de 1 ml), puis de revenir à leur emplacement d'origine. taille.”

Le design unique introduit par Han et ses collègues présente plusieurs caractéristiques avantageuses. Premièrement, cela permet aux utilisateurs de moduler facilement la rigidité des appareils en fonction de leurs besoins.

“Après avoir été froissés, les appareils peuvent retrouver leur forme et leur fonctionnalité d'origine, une propriété inspirée par la nature”, a déclaré Han.

Pour démontrer leur conception, les chercheurs l'ont jusqu'à présent utilisé pour créer un écran tactile de 7 cm sur 7 cm. Ils ont montré que cet écran pouvait être froissé dans une minuscule capsule puis déplié, devenant ainsi une surface lisse et plane capable de détecter le toucher.

“Essentiellement, nos composants électroniques récupérables associent la résilience des systèmes naturels à la précision de la technologie moderne, offrant une nouvelle approche pour concevoir des appareils électroniques flexibles et durables”, a déclaré Han. “De nos jours, les gens s'habituent aux appareils électroniques qui se plient ou se plient (par exemple, les téléphones pliables), et on s'attend à ce que l'intérêt pour les appareils électroniques personnalisables qui changent de forme augmente à l'avenir.”

La plupart des dispositifs de changement de forme développés précédemment sont basés sur des structures pliables qui se plient à des endroits précis et en répétant des mouvements similaires. Au fil du temps, ces dispositifs peuvent se détériorer, produisant par exemple des rides, des plis ou des dommages structurels aux endroits où ils se replient sur eux-mêmes.

“Nos recherches peuvent résoudre ces problèmes, contribuant ainsi potentiellement directement au développement de dispositifs électroniques personnalisables qui changent de forme”, a déclaré Han. “Les dispositifs électroniques que nous avons développés peuvent également être appliqués aux écrans ou écrans tactiles. Ils seront probablement particulièrement utiles dans la technologie portable et la robotique en raison de leur capacité à changer de forme et de leur nature flexible, ce qui les rend adaptés à tout domaine nécessitant une interaction avec le corps humain.”

La conception électronique récupérable par déformation conçue par Han et ses collègues pourrait s'avérer utile pour un large éventail d'applications. En plus de contribuer au développement de robots changeant de forme, d'électronique portable adaptable et d'écrans compressibles, il pourrait être utilisé pour créer des matériaux auto-réparateurs pour des applications médicales et techniques avancées.

“Un point important à noter est que les matériaux auto-réparateurs en sont encore aux premiers stades de développement”, a déclaré Han. “Il existe de nombreuses opportunités dans le processus visant à déterminer où et dans quel but ces matériaux développés peuvent être appliqués. La différence entre notre appareil électronique auto-réparateur et les matériaux auto-réparateurs existants est que, alors que les matériaux précédents se concentraient sur la récupération de leur forme d'origine, notre Les appareils électroniques auto-réparateurs se concentrent sur un « changement de forme » personnalisable et sur le maintien de la fonctionnalité et de l’adaptation après transformation. »

Han et ses collègues tentent maintenant d'utiliser leur conception pour créer divers appareils électroniques qui pourraient ensuite être commercialisés. Ils travaillent actuellement sur un écran intégrant une couche électroluminescente et des panneaux tactiles, qui pourraient être froissés et réduits en taille sans former de plis ni compromettre ses capacités. La caractéristique la plus avantageuse de cet écran est que les utilisateurs peuvent le plier rapidement et le ranger dans des espaces restreints, puis le déplier lorsqu'ils souhaitent l'utiliser.

“Avec le développement des PLED, ou diodes à base de polymère, nous nous concentrons sur la création d'écrans capables de changer de forme de manière flexible en fusionnant cette technologie avec la nôtre”, a ajouté Han. “Compte tenu du développement continu de téléphones pliables par diverses sociétés mondiales, nous envisageons également de développer davantage notre technologie pour la rendre applicable à divers modules nécessaires dans ces appareils. Cela offrirait une commodité pratique dans la vie quotidienne, en adéquation avec les besoins changeants de l'industrie moderne. électronique.”

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