Dans un article publié par Nature Reviews Materials , les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory donnent un aperçu des progrès réalisés dans les matériaux architecturés réactifs qui peuvent se transformer en une forme particulière et présenter de nouvelles propriétés lorsqu'ils sont exposés à la chaleur, à des forces magnétiques ou électriques, à des réactions chimiques ou électrochimiques et à des déformations mécaniques.
Selon les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), les récentes avancées dans les matériaux architecturés préprogrammés pourraient permettre de nouvelles fonctions pouvant évoluer en réponse à leur environnement ou à des stimuli externes.
Dans un article publié par Nature Reviews Materials , les chercheurs du LLNL donnent un aperçu des progrès réalisés dans les matériaux architecturés réactifs qui peuvent se transformer en une forme particulière et présenter de nouvelles propriétés lorsqu'ils sont exposés à la chaleur, à des forces magnétiques ou électriques, à des réactions chimiques ou électrochimiques et à des déformations mécaniques. Les auteurs expliquent également les mécanismes de programmation et de transformation de chaque approche et examinent les applications potentielles, notamment les dispositifs médicaux implantables, la robotique et les capteurs chimiques ou mécaniques. Le journal présentera l'article sur la couverture d'une prochaine édition imprimée.
« La fabrication additive a permis de créer des matériaux architecturés qui ont des propriétés améliorées et une nouvelle fonctionnalité par rapport aux matériaux constitutifs en raison de leurs structures internes et extérieures soigneusement conçues », a déclaré Xiaoxing Xia, scientifique et auteur principal du LLNL. "Ces matériaux architecturés réactifs ne stagnent pas après fabrication ; ils peuvent évoluer dans l'espace et dans le temps en suivant une trajectoire programmée et peuvent répondre à diverses formes de stimuli, qu'ils soient mécaniques, thermiques, électromagnétiques ou chimiques, et transformer leur forme, changer de propriétés ou naviguer. de manière autonome."
En évaluant l'état actuel des matériaux architecturés réactifs, Xia et son équipe comparent les matériaux réactifs aux phénomènes dynamiques trouvés dans les matériaux classiques, tels que la transformation de phase et les isolants topologiques, et les décrivent dans le cadre du calcul et de l'apprentissage automatique. Les matériaux architecturés peuvent non seulement conduire une logique mécanique préprogrammée, mais peuvent également être entraînés et optimisés par l'apprentissage automatique.
Les réseaux de neurones profonds sont "potentiellement en train de se transformer" pour concevoir des matériaux avec des réponses mécaniques ou électromagnétiques supérieures, ont déclaré les chercheurs. Par exemple, les algorithmes d'apprentissage en profondeur pourraient s'entraîner sur des images de géométries et les utiliser pour générer de nouvelles structures avec des performances optimisées, ou concevoir des matériaux architecturés qui peuvent être imprimés en 3D et agir comme des noyaux physiques pour effectuer des tâches d'inférence, telles que des nombres écrits à la main. ou la reconnaissance vocale des voyelles - en temps réel en réponse au son ou à la lumière, ont-ils conclu.
À l'avenir, des matériaux architecturés réactifs pourraient se retrouver dans des dispositifs médicaux implantables, en tant que véhicules d'administration de médicaments, dans des technologies de "dissimulation" ou des robots autonomes, ou être utilisés pour stocker ou révéler des informations sensibles à la demande, ont déclaré des chercheurs. Ils spéculent que ces matériaux pourraient un jour évoluer pour apprendre des expériences passées ou actuelles, un peu comme le cerveau humain.
"Les matériaux architecturés deviennent de plus en plus intelligents, et à l'avenir, ils peuvent être neuromorphiques, ce qui signifie qu'ils peuvent imiter la structure et la fonction du cerveau", a déclaré Xia. "Ici, nous posons la question :'Et s'ils pouvaient devenir sensibles en développant une préférence pour certains stimuli par rapport à d'autres, ce qui est analogue au sentiment de bonheur ou de douleur ?' Ils pourraient être un système modèle pour étudier le cerveau."
Julia Greer, professeure et spécialiste des matériaux au California Institute of Technology, était l'une des co-auteurs de l'article. Elle a déclaré qu'elle envisageait un avenir où les matériaux architecturés à l'échelle nanométrique remplaceraient les matériaux conventionnels dans de nombreux domaines de la vie quotidienne et pourraient même un jour atteindre un certain niveau de sensibilité.
"Pour concrétiser cette vision des matériaux architecturés omniprésents dans la société - et pas seulement utilisés en science et en ingénierie - nous aurons besoin de nouveaux modèles informatiques plus efficaces et plus précis capables de capturer la mécanique et la physique de la fabrication additive à un prix abordable", a déclaré Greer. . "Sachant que de nombreuses personnes talentueuses travaillent sur ces problèmes, j'attends avec impatience le jour où nous pourrons créer des matériaux et des dispositifs architecturés imprégnés de la capacité de prendre des décisions par eux-mêmes." Vidéo :De minuscules polymères à forme changeante développés pour des applications médicales potentielles
