Comme le sait quiconque a déjà lissé ses cheveux, l'eau est l'ennemi. Les cheveux soigneusement lissés par la chaleur rebondiront en boucles dès qu'ils toucheront l'eau. Pourquoi? Parce que les cheveux ont une mémoire de forme. Ses propriétés matérielles lui permettent de changer de forme en réponse à certains stimuli et de reprendre sa forme d'origine en réponse à d'autres.

Et si d'autres matériaux, surtout textile, avait ce type de mémoire de forme ? Imaginez un t-shirt avec des aérations de refroidissement qui s'ouvrent lorsqu'elles sont exposées à l'humidité et se referment lorsqu'elles sont sèches, ou des vêtements taille unique qui s'étirent ou se rétrécissent aux mensurations d'une personne.

Maintenant, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé un matériau biocompatible qui peut être imprimé en 3D dans n'importe quelle forme et préprogrammé avec une mémoire de forme réversible. Le matériau est fabriqué à partir de kératine, une protéine fibreuse présente dans les cheveux, clous et coquillages. Les chercheurs ont extrait la kératine des restes de laine Agora utilisés dans la fabrication de textiles.

La recherche pourrait contribuer à l'effort plus large de réduction des déchets dans l'industrie de la mode, l'un des plus gros pollueurs de la planète. Déjà, des designers tels que Stella McCarthy réinventent la façon dont l'industrie utilise les matériaux, y compris la laine.

« Avec ce projet, nous avons montré que non seulement nous pouvons recycler la laine, mais que nous pouvons construire des choses à partir de laine recyclée qui n'ont jamais été imaginées auparavant, " dit Kit Parker, le professeur de la famille Tarr de bio-ingénierie et de physique appliquée à SEAS et auteur principal de l'article. « Les implications pour la durabilité des ressources naturelles sont claires. Avec la protéine de kératine recyclée, nous pouvons faire tout autant, ou plus, que ce qui a été fait jusqu'à présent en tondant les animaux et, ce faisant, réduire l'impact environnemental de l'industrie du textile et de la mode."

La recherche est publiée dans Matériaux naturels.

La clé des capacités de changement de forme de la kératine est sa structure hiérarchique, dit Luca Cera, stagiaire postdoctoral à SEAS et premier auteur de l'article.

Une seule chaîne de kératine est disposée en une structure en forme de ressort connue sous le nom d'hélice alpha. Deux de ces chaînes se tordent ensemble pour former une structure connue sous le nom de bobine enroulée. Beaucoup de ces bobines enroulées sont assemblées en protofilaments et éventuellement en grosses fibres.

"L'organisation de l'hélice alpha et les liaisons chimiques connectives confèrent au matériau à la fois résistance et mémoire de forme, " dit Céra.

Lorsqu'une fibre est étirée ou exposée à un stimulus particulier, les structures en forme de ressort se déroulent, et les liaisons se réalignent pour former des feuillets bêta stables. La fibre reste dans cette position jusqu'à ce qu'elle soit déclenchée pour reprendre sa forme d'origine.

Pour illustrer ce processus, les chercheurs ont imprimé en 3D des feuilles de kératine sous diverses formes. Ils ont programmé la forme permanente du matériau - la forme à laquelle il reviendra toujours lorsqu'il sera déclenché - à l'aide d'une solution de peroxyde d'hydrogène et de phosphate monosodique.

Une fois la mémoire définie, la feuille pourrait être reprogrammée et moulée dans de nouvelles formes.

Par exemple, une feuille de kératine a été pliée en une étoile d'origami complexe comme forme permanente. Une fois la mémoire définie, les chercheurs ont plongé l'étoile dans l'eau, où il s'est déplié et est devenu malléable. De là, ils ont roulé la feuille dans un tube étanche. Une fois sec, la feuille a été verrouillée comme un tube entièrement stable et fonctionnel. Pour inverser le processus, ils remettent le tube dans l'eau, où il s'est déroulé et replié en une étoile en origami.

"Ce processus en deux étapes consistant à imprimer le matériau en 3D, puis à définir ses formes permanentes, permet la fabrication de formes très complexes avec des caractéristiques structurelles jusqu'au micron, " a déclaré Cera. " Cela rend le matériau adapté à une vaste gamme d'applications, du textile à l'ingénierie tissulaire. "

« Que vous utilisiez des fibres comme celle-ci pour réaliser des soutiens-gorge dont la taille et la forme du bonnet peuvent être personnalisées au quotidien, ou vous essayez de fabriquer des textiles d'actionnement pour la thérapeutique médicale, les possibilités du travail de Luca sont larges et passionnantes, " a déclaré Parker. " Nous continuons à réinventer les textiles en utilisant des molécules biologiques comme substrats techniques comme ils n'ont jamais été utilisés auparavant. "