Un nouveau type de "peau" synthétique appliquée sur un matériau extensible pour épeler le mot "SLIP". Crédit :laboratoire Ding
Une équipe de recherche dirigée par CU Boulder a conçu un nouveau type de « peau » synthétique aussi glissante que les écailles d'un serpent.
La recherche, publié récemment dans la revue American Chemical Society Matériaux appliqués et interfaces , aborde un problème sous-estimé en ingénierie :le frottement.
Yifu Ding, auteur principal du nouveau document, expliqué que chaque jour, les machines, des robots aux voitures, perdent d'énormes quantités d'énergie simplement parce que leurs pièces se frottent les unes aux autres. Pour essayer de réduire cette perte, lui et ses collègues se sont inspirés de la nature, en particulier, ses membres les plus virevoltants.
"Le corps d'un serpent est suffisamment mou pour qu'il puisse prendre toutes sortes de formes, " dit Ding, professeur au Département de génie mécanique Paul M. Rady. "Il peut aussi aller très vite s'il le faut, en partie parce que sa peau a une friction si faible."
Dans leur dernière étude, les chercheurs ont développé un outil appelé polymérisation interfaciale solide-liquide (SLIP) qui leur permet de déposer une fine couche de peau sur des surfaces existantes comme du caoutchouc ou des matériaux extensibles appelés élastomères. Cette couche ressemble beaucoup aux écailles d'un serpent et peut transformer une surface autrement collante en un danger de glissement.
La technologie pourrait être une aubaine pour les machines qui combattent les frictions mais ne tolèrent pas d'être mouillées.
"Il y a beaucoup de nouvelles applications d'ingénierie, comme des robots mous ou des capteurs portables, où vous ne pouvez pas utiliser ces lubrifiants liquides traditionnels, " dit Ding. " Plutôt, vous devez modifier la surface elle-même."
C'est désormais possible, grâce au serpent souvent détesté.
Écailles de serpent vues de près. Crédits :Pixabay
Qu'y a-t-il dans une balance ?
Serpents, des couleuvres rayées aux serpents de vigne vert vif, doivent beaucoup de leur succès à leurs échelles. Si vous mettez une de ces petites structures sous un microscope, vous remarquerez qu'ils sont constitués de plusieurs couches de tissus empilées les unes sur les autres.
"La couche supérieure est comme la kératine, de quoi sont faits nos ongles, " Ding dit. " C'est très cassant et raide. Ensuite, l'échelle passe progressivement à un matériau beaucoup plus doux en dessous."
Cette combinaison de dur sur doux donne aux serpents leur avantage, les aidant à garder leur friction faible tout en restant flexible. C'est également la fonctionnalité que Ding et ses collègues ont voulu reproduire en laboratoire.
Le groupe a commencé avec une base en polydiméthylsiloxane (PDMS), un matériau élastique commun à de nombreuses technologies médicales. Les chercheurs ont ensuite utilisé la technique SLIP pour placer une fine couche de matériau synthétique semblable à de l'écaille sur cette fondation.
La méthode, Ding a expliqué, fonctionne en mélangeant de petites molécules dans un film de liquide, puis en utilisant la lumière pour les faire tomber en suspension, un peu comme des pois qui coulent au fond d'un bol de soupe. Une fois là, ces blocs de construction s'infiltrent dans le PDMS et forment une couche de peau hybride.
Cela donne l'équivalent en laboratoire des bottes en peau de serpent.
"Rien n'y colle, " Ding a dit. " Vous pouvez le toucher, et ton doigt glissera."
"Peau" synthétique inspirée de la peau de serpent vue au microscope. Crédit :laboratoire Ding
Glisser et glisser
Pour prouver à quel point leur invention ressemble à un serpent, lui et ses collègues, dont Mengyuan Wang, qui a récemment obtenu son doctorat. de CU Boulder - a effectué une série de tests apparemment simples. Le groupe a attaché des poids à la fois au PDMS hybride et normal, puis placez-les sur diverses surfaces inclinées.
Le PDMS traité en peau de serpent de l'équipe a dérapé même de légères pentes, Wang a dit, tandis que le matériau uni n'a pas bougé.
"PDMS est vraiment collant, " a dit Wang. " Même quand vous le retournez complètement, il collera toujours aux surfaces."
La peau de serpent de l'équipe a des niveaux de friction similaires à de nombreux matériaux céramiques et métaux brillants, le groupe a trouvé. Ding a ajouté que la méthode SLIP est suffisamment agile pour pouvoir appliquer cette peau dans n'importe quel motif, y compris dans des formes qui épellent des mots.
Le groupe a encore beaucoup de travail devant lui avant de pouvoir commencer à appliquer sa surface glissante sur de vraies articulations de robots. Mais la recherche est encore une autre raison de remercier un serpent amical.
"Lorsque nous concevons de nouveaux matériaux, on ne sait pas toujours quel type de structure réaliser, " dit Ding. " Mais s'il y a un exemple dans la nature, c'est déjà prouvé que ça peut marcher, donc on peut juste imiter ça."
