Une équipe de chercheurs du Georgia Institute of Technology et de l'Ohio State University a développé un matériau polymère souple, appelé polymère à mémoire de forme magnétique, qui utilise des champs magnétiques pour se transformer en une variété de formes. Le matériau pourrait permettre une gamme de nouvelles applications, des antennes qui changent de fréquence à la volée aux bras de préhension pour les objets délicats ou lourds.

Le matériau est un mélange de trois ingrédients différents, tous avec des caractéristiques uniques :deux types de particules magnétiques, un pour la chaleur inductive et un avec une forte attraction magnétique, et des polymères à mémoire de forme pour aider à verrouiller divers changements de forme en place.

« C'est le premier matériau qui combine les forces de tous ces composants individuels en un seul système capable de changements de forme rapides et reprogrammables qui sont verrouillables et réversibles, " a déclaré Jerry Qi, professeur à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech.

La recherche, qui a été rapporté le 9 décembre dans le journal Matériaux avancés , a été parrainé par la National Foundation of Science, le Bureau de la recherche scientifique de l'armée de l'air, et le ministère de l'Énergie.

Pour fabriquer le matériel, les chercheurs ont commencé par distribuer des particules de néodyme fer-bore (NdFeB) et d'oxyde de fer dans un mélange de polymères à mémoire de forme. Une fois les particules complètement incorporées, les chercheurs ont ensuite moulé ce mélange dans divers objets conçus pour évaluer les performances du matériau dans une série d'applications.

Par exemple, l'équipe a fabriqué une griffe de préhension à partir d'un moule en forme de T du mélange de polymères à mémoire de forme magnétique. Appliquer une haute fréquence, le champ magnétique oscillant vers l'objet a provoqué le réchauffement des particules d'oxyde de fer par induction et le réchauffement de l'ensemble de la pince. Cette élévation de température, à son tour, la matrice polymère à mémoire de forme s'est ramollie et est devenue souple. Un deuxième champ magnétique a ensuite été appliqué à la pince, provoquant l'ouverture et la fermeture de ses griffes. Une fois les polymères à mémoire de forme refroidis, ils restent bloqués dans cette position.

Le processus de changement de forme ne prend que quelques secondes du début à la fin, et la résistance du matériau à son état verrouillé a permis à la pince de soulever des objets jusqu'à 1, 000 fois son propre poids.

"Nous envisageons que ce matériau soit utile pour les situations où un bras robotique aurait besoin de soulever un objet très délicat sans l'endommager, comme dans l'industrie alimentaire ou pour des applications chimiques ou biomédicales, " dit Qi.

Le nouveau matériau s'appuie sur des recherches antérieures qui ont décrit les mécanismes d'actionnement pour la robotique souple et les matériaux actifs et évalué les limites des technologies actuelles.

"Le degré de liberté est limité dans la robotique conventionnelle", a déclaré Ruike (Renee) Zhao, professeur adjoint au Département de génie mécanique et aérospatial de l'Ohio State. "Avec des matières douces, ce degré de liberté est illimité."

Les chercheurs ont également testé d'autres applications, où des objets en forme de bobine fabriqués à partir du nouveau matériau se dilatent et se rétractent, simulant comment une antenne pourrait potentiellement changer de fréquence lorsqu'elle est actionnée par les champs magnétiques.

"Ce procédé nous oblige à utiliser des champs magnétiques uniquement pendant la phase d'actionnement, " dit Zhao. " Alors, une fois qu'un objet a atteint sa nouvelle forme, il peut y être enfermé sans consommer constamment de l'énergie."