Ces dernières années, les scientifiques des matériaux ont conçu une large gamme de matériaux innovants qui pourraient être utilisés pour créer de nouvelles technologies, notamment des robots mous, des contrôleurs et des textiles intelligents. Ces matériaux comprennent des muscles artificiels, des structures dont la forme ressemble à des muscles biologiques et qui pourraient améliorer les mouvements des robots ou permettre la création de vêtements qui s'adaptent à différentes conditions environnementales.

Dans le cadre d'un projet en cours axé sur les actionneurs souples à base de textile, une équipe de chercheurs de l'Université de Jiangnan en Chine a récemment développé de nouveaux muscles artificiels basés sur un fil de laine à une seule hélice. Leurs muscles artificiels, présentés dans un article publié dans Smart Materials and Structures , pourraient être utilisés pour produire facilement et à moindre coût des actionneurs torsadés capables de détecter et de réagir à l'humidité de leur environnement.

"Nous essayons de concevoir des actionneurs flexibles et polyvalents en tirant parti de la conception de la structure hiérarchique des textiles, allant des micro-échelles (par exemple, les chaînes moléculaires et les structures d'agrégation) aux macro-échelles (par exemple, la morphologie des fibres et les architectures textiles)", Fengxin Sun, l'un des chercheurs qui ont mené l'étude, ont déclaré à Tech Xplore. "Réaliser un muscle artificiel à base de fil avec une architecture autonome et à une seule hélice via un processus de fabrication respectueux de l'environnement et facile à fabriquer reste un défi."

L'objectif principal des travaux récents de Sun et de ses collègues était de surmonter certains des défis courants rencontrés lors de la conception de muscles artificiels à base de fil (c'est-à-dire de fil filé). Plus particulièrement, des études antérieures ont montré que la torsion fiable du fil pour créer des structures musculaires artificielles autonomes sans utiliser de produits chimiques ou de processus nocifs est loin d'être une tâche facile.

Les chercheurs de l'Université de Jiangnan, cependant, ont pu identifier une stratégie de traitement respectueuse de l'environnement pour la production fiable de muscle à base de fil à une seule hélice. Leur méthode de fabrication est basée sur une combinaison d'éclairage UV et de gravure au plasma, une technique de traitement au plasma souvent utilisée pour produire des circuits intégrés.

Cette technique de traitement peut limiter la dissipation d'énergie des fibres de laine, améliorant ainsi les performances d'actionnement des muscles artificiels. De plus, il est efficace, évolutif et facile à mettre en œuvre, il pourrait donc être idéal pour fabriquer ces structures musculaires à un niveau industriel.

"Les muscles artificiels en fil de laine que nous avons créés affichent un actionnement de torsion réversible lorsqu'ils sont alternativement exposés à des environnements humides et secs", a expliqué Sun. "Les muscles du fil affichent une action de torsion impressionnante lors du mouillage, en raison de l'expansion hygroscopique amplifiée des laines hautement torsadées. La morphologie hélicoïdale solidifiée des laines résultant des réseaux de disulfure reformés confère aux fils de laine un effet de mémoire de forme. '"

Grâce à l'approche unique de conception et de fabrication utilisée par les chercheurs, le fil qui compose leur structure musculaire artificielle peut retrouver sa forme hélicoïdale d'origine après séchage, sans nécessiter l'intégration d'un ressort externe. Lors des premiers tests, les muscles à base de fil à une seule hélice ont montré un actionnement réversible et sensible à l'humidité, ainsi qu'une performance élevée d'actionnement de l'humidité avec une dissipation d'énergie plus faible.

Remarquablement, le processus de fabrication utilisé par Sun et ses collègues est également respectueux de l'environnement, car il ne nécessite aucun additif chimique et toxique. Comme leurs muscles artificiels sont faits de laine, qui est intrinsèquement biodégradable et renouvelable, ils pourraient être utilisés pour créer des technologies plus durables et des textiles intelligents.

"Les structures à simple hélice sont généralement considérées comme instables et sujettes à se détordre sans attache de torsion externe, mais nous exploitons ici l'effet d'attache interne des ponts disulfure reformés dans l'état de structure hélicoïdale des laines pour stabiliser les torsions insérées dans les muscles du fil via la lumière UV. l'illumination et l'auto-oxydation", a déclaré Sun. "Une telle stratégie est totalement respectueuse de l'environnement et améliore considérablement les performances d'actionnement des muscles du fil de laine."

À l'avenir, les travaux récents de cette équipe de chercheurs pourraient inspirer le développement de nouveaux actionneurs à base de fils et de muscles artificiels pour robots qui peuvent être produits de manière durable, à des coûts raisonnables et à grande échelle. De plus, le fil de laine à une seule hélice qu'ils ont produit pourrait être utilisé pour créer des textiles confortables, respirants, non toxiques et doux pour la peau pour des vêtements intelligents, du matériel de camping intelligent et d'autres produits textiles intelligents.

"Dans la prochaine étape de nos recherches, nous explorerons la voie vers la fabrication industrielle de nos muscles artificiels, pour réaliser leur production de masse et promouvoir l'innovation technologique vers l'application commerciale des muscles du fil dans les textiles intelligents", a ajouté Sun. "En imaginant une chemise, le fil peut s'adapter aux différentes conditions météorologiques en changeant intelligemment les prises d'air sur le tissu, ce serait fascinant. Nous espérons que ce type de vêtements deviendra disponible dans notre vie quotidienne à moindre coût." + Explorer plus loin

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