Les scientifiques ont longtemps cherché à inventer des matériaux capables de répondre au monde extérieur de manière prévisible, moyens d'autorégulation. Maintenant, nouvelle recherche menée à l'Université du Massachusetts Amherst et apparaissant dans le Actes de l'Académie nationale des sciences nous rapproche un peu plus de cet objectif. Pour leur inspiration, les scientifiques se sont tournés vers la nature.

Lamproies nageant, marche de chevaux, et les insectes volants :chacun de ces comportements est rendu possible par un réseau d'oscillateurs - mécanismes qui produisent un mouvement répétitif, comme remuer la queue, faire un pas, ou battre des ailes. Quoi de plus, ces oscillateurs naturels peuvent réagir à leur environnement de manière prévisible. En réponse à différents signaux, ils peuvent changer rapidement de vitesse, basculer entre les différents modes, ou arrêter de changer complètement. "La question, " dit Hyunki Kim, le co-auteur principal de l'article, avec Subramanian Sundaram de l'Université de Boston, un récent récipiendaire d'un doctorat en science et ingénierie des polymères de l'UMass Amherst, "Est-ce qu'on peut fabriquer des matériaux souples, comme les plastiques, polymères, et des structures nanocomposites, qui peut répondre de la même manière?" La réponse, comme le documente l'équipe, est un oui définitif.

L'une des principales difficultés que l'équipe a résolues était de faire fonctionner une série d'oscillateurs à l'unisson, une condition préalable à la coordination, mouvement prévisible. « Nous avons développé une nouvelle plateforme où nous pouvons contrôler avec une précision remarquable le couplage des oscillateurs, " dit Ryan Hayward, James et Catherine Patten, professeur titulaire de génie chimique et biologique à l'Université du Colorado Boulder, et l'un des co-auteurs de l'article. Cette plate-forme repose sur une autre force naturelle, connu sous le nom d'effet Marangoni, qui est un phénomène qui décrit le mouvement des solides le long de l'interface entre deux fluides entraîné par des changements de tension superficielle. Un classique, exemple concret de l'effet Marangoni qui se produit chaque fois que vous lavez la vaisselle. Lorsque vous versez du savon à vaisselle dans une casserole remplie d'eau sur la surface de laquelle sont uniformément saupoudrées les miettes de votre dîner, vous pouvez regarder les miettes fuir vers les bords de la casserole une fois que le savon atteint l'eau. C'est parce que le savon modifie la tension superficielle de l'eau, et les miettes sont retirées des zones de faible, tension superficielle savonneuse, vers les bords de la casserole où la tension superficielle reste élevée.

« Tout se résume à comprendre le rôle des interfaces et l'impact profond de la combinaison de matériaux polymères et métalliques dans des structures composites, " dit Todd Emrick, co-auteur et professeur en science et ingénierie des polymères à l'UMass. Au lieu de l'eau savonneuse et des casseroles, l'équipe a utilisé des disques nanocomposites d'hydrogel constitués de gels polymères et de nanoparticules d'or, qui étaient sensibles aux changements de lumière et de température. Le résultat a été que l'équipe a pu concevoir une gamme diversifiée d'oscillateurs capables de se déplacer à l'unisson et de répondre de manière prévisible aux changements de lumière et de température. « Nous pouvons maintenant concevoir un comportement couplé complexe qui répond à des stimuli externes, " dit Kim.