Systèmes mécaniques, tels que les moteurs et les moteurs, reposent sur deux principaux types de mouvements de composants rigides :le mouvement linéaire, qui implique un objet se déplaçant d'un point à un autre en ligne droite; et mouvement de rotation, qui implique un objet tournant sur un axe.

La nature a développé des formes de mouvement - ou d'actionnement - beaucoup plus sophistiquées qui peuvent exécuter des fonctions complexes plus directement et avec des composants souples. Par exemple, nos yeux peuvent changer de foyer en contractant simplement des muscles mous pour modifier la forme de la cornée. En revanche, les caméras font la mise au point en déplaçant des objectifs solides le long d'une ligne, soit manuellement, soit par autofocus.

Mais et si nous pouvions imiter les changements de forme et les mouvements trouvés dans la nature ?

Maintenant, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé une méthode pour modifier la forme d'une feuille plate d'élastomère, en utilisant un actionnement rapide, réversible, commandable par une tension appliquée, et reconfigurable en différentes formes.

La recherche a été publiée dans Communication Nature .

« Nous considérons ce travail comme la première étape du développement d'un logiciel, matériau à changement de forme qui change de forme en fonction des signaux de commande électriques d'un ordinateur, " a déclaré David Clarke, le professeur de matériaux de la famille étendue Tarr à SEAS et auteur principal de l'article. « Cela s'apparente aux toutes premières mesures prises dans les années 50 pour créer des circuits intégrés à partir de silicium, remplacement des circuits en discret, composants individuels. Tout comme ces circuits intégrés étaient primitifs par rapport aux capacités de l'électronique d'aujourd'hui, nos appareils ont une architecture tridimensionnelle simple mais intégrée de conducteurs électriques et diélectriques, et démontrer les éléments de reconfiguration programmable, pour créer des changements de forme importants et réversibles."

La feuille d'élastomère reconfigurable est composée de plusieurs couches. Des électrodes à base de nanotubes de carbone de différentes formes sont incorporées entre chaque couche. Lorsqu'une tension est appliquée à ces électrodes, un champ électrique variant dans l'espace est créé à l'intérieur de la feuille d'élastomère qui produit des changements inégaux dans la géométrie du matériau, lui permettant de se transformer en une forme tridimensionnelle contrôlable.

Différents jeux d'électrodes peuvent être allumés indépendamment, permettant différentes formes en fonction des ensembles d'électrodes allumés et de ceux qui sont éteints.

« En plus d'être reconfigurable et réversible, ces actionnements de morphing de forme ont une densité de puissance similaire à celle des muscles naturels, " a déclaré Ehsan Hajiesmaili, premier auteur de l'article et étudiant diplômé à SEAS. "Cette fonctionnalité pourrait transformer le fonctionnement des appareils mécaniques. Il existe des exemples d'appareils actuels qui pourraient utiliser des déformations plus sophistiquées pour fonctionner plus efficacement, tels que les miroirs optiques et les lentilles. Plus important, ce mode d'actionnement ouvre la porte à de nouveaux dispositifs jugés trop compliqués à mettre en oeuvre en raison des déformations complexes requises, comme un profil aérodynamique qui se métamorphose."

Dans cette recherche, l'équipe a également prédit les formes d'actionnement, compte tenu de la conception de la disposition des électrodes et de la tension appliquée. Prochain, les chercheurs visent à résoudre le problème inverse :étant donné une forme d'actionnement souhaitée, quelle est la conception des électrodes et la tension requise qui la provoquera?