Les chercheurs de l'AMOLF étudient des structures prismatiques tridimensionnelles pouvant prendre différentes formes dans le but de produire des métamatériaux aux propriétés multiples. Les chercheurs ont trouvé une nouvelle façon de simuler les déformations dans de telles structures, et ce faisant, ils ont découvert un large éventail de formes inattendues. Les résultats seront publiés aujourd'hui dans la revue scientifique Communication Nature .

C'est de la recherche mathématique fondamentale mais aussi très tangible. Sur le bureau se trouve un complexe, construction en forme d'origami faite de carrés en plastique. Cependant, lorsqu'il est compressé, il se replie et forme une structure compacte qui s'apparente davantage à un immeuble à quatre tours. Les formes que la structure peut prendre sont prédites par une nouvelle méthode de calcul développée par les chercheurs de l'AMOLF Agustin Iniguez-Rabago, Yun li et Bas Overvelde du groupe Soft Robotic Matter.

La structure est un modèle pour un métamatériau mécanique tridimensionnel, qui a été construit à la main par Iniguez-Rabago. En outre, le matériau est multistable, ce qui signifie qu'il peut conserver plusieurs formes sans exercer de force sur lui.

"Vous vous souvenez peut-être encore des bracelets dits Slap Wrap que vous pouviez jeter sur votre poignet et qui étaient stables dans une forme droite et ronde, " explique Overvelde, chef du groupe AMOLF. " Les structures que nous avons étudiées présentent un comportement similaire, mais avec bien plus de possibilités." Cependant, tous les matériaux avec lesquels les chercheurs travaillent ne peuvent pas être intuitivement compris de cette manière, dit Iniguez-Rabago. « Pour certaines structures, nous ne nous attendions pas à ce qu'ils manifestent un comportement multistable. J'ai été étonné que cela soit simplement sorti de notre nouvel algorithme informatique."

Mini-robots

Les métamatériaux ont des propriétés particulières qui dépendent de leur forme en plus du matériau dont ils sont faits. Il existe de nombreuses applications possibles si les chercheurs parviennent à bien comprendre comment la forme détermine les propriétés. Ces matériaux pourraient ensuite être utilisés comme des mini-robots ou des systèmes de stockage d'énergie, par exemple. "Nous avons construit des structures à l'échelle centimétrique pour vérifier si nos calculs sont corrects. Cependant, le comportement mécanique sous-jacent devrait également être applicable à des échelles beaucoup plus petites ou plus grandes, " dit Overvelde.

En utilisant leur modèle, les chercheurs ont réussi à calculer de grandes quantités de modèles tridimensionnels. Iniguez-Rabago dit, "Nous voulons savoir combien de formes stables a un certain design. Jusqu'à présent, les gens utilisaient souvent un modèle à deux dimensions et essayaient de le décrire aussi précisément que possible. Cependant, bien plus est possible avec notre nouvelle méthode de calcul. Nous pouvons maintenant étudier des métamatériaux tridimensionnels qui présentent un comportement très complexe et difficile à prévoir."

Surfaces souples

Les chercheurs ont fait deux choix importants pour réaliser les simulations. La première consistait à rendre les surfaces des structures quelque peu flexibles. Cela a permis une transition plus facile d'une forme à une autre, ce qui se traduit par des formes plus stables par structure. Le deuxième choix était de ne pas permettre à l'ordinateur de calculer au hasard toutes les formes possibles, mais seulement des combinaisons uniques de forces appliquées sur les charnières. « Dans un certain sens, nous pinçons une structure de diverses manières et observons si la structure saute à une autre forme; c'est très similaire à la façon dont on mènerait des expériences." Cela rend les calculs beaucoup plus simples. "Avec cette approche, nous avons parfois trouvé plus de 100 formes stables pour une structure, " dit Iniguez-Rabago.

Mouvement contrôlé

Les chercheurs ont vérifié leurs simulations en fabriquant les structures et en réalisant des expériences. Maintenant, ils iront plus loin. En déplaçant légèrement une seule charnière (en gonflant un seul ballon dans le modèle), ils peuvent changer radicalement la forme de toute la structure. "Nous pouvons utiliser cette idée dans des applications ultérieures, " explique Iniguez-Rabago. " Avec des matériaux réactifs comme les hydrogels, nous pouvons construire une structure à une échelle beaucoup plus petite et contrôler son mouvement. C'est notre objectif ultime."