• Home
  • Chimie
  • Astronomie
  • Énergie
  • La nature
  • Biologie
  • Physique
  • Électronique
  •  science >> Science >  >> Physique
    La recherche met en lumière la mécanique sous-jacente des filaments mous

    Un filament est serré à l'extrémité supérieure et pré-étiré d'une petite quantité en appliquant une charge axiale vers le bas à l'extrémité inférieure. L'extrémité inférieure est ensuite tordue, en maintenant la charge axiale sur l'extrémité inférieure constante. Après avoir inséré une quantité critique de torsion, le filament se boucle spontanément en une boucle. Crédit :Nicholas Charles/Harvard SEAS

    Les muscles artificiels alimenteront les robots mous et les appareils portables du futur. Mais il faut en savoir plus sur la mécanique sous-jacente de ces puissantes structures afin de concevoir et de construire de nouveaux appareils.

    Maintenant, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont découvert certaines des propriétés physiques fondamentales des fibres musculaires artificielles.

    "De fins filaments souples qui peuvent facilement s'étirer, pliez, la torsion ou le cisaillement sont capables de déformations extrêmes qui conduisent à des nœuds, des structures en forme de tresse ou de boucle qui peuvent stocker ou libérer facilement de l'énergie, " dit L. Mahadevan, le professeur Lola England de Valpine de mathématiques appliquées, de biologie organique et évolutive, et de Physique. "Cela a été exploité par un certain nombre de groupes expérimentaux récemment pour créer des fibres musculaires artificielles prototypes. Mais comment la topologie, la géométrie et la mécanique de ces fibres élancées se sont réunies au cours de ce processus n'était pas tout à fait claire. Notre étude explique les principes théoriques qui sous-tendent ces transformations de forme, et met en lumière les principes de conception sous-jacents."

    "Les fibres souples sont l'unité de base d'un muscle et pourraient être utilisées dans tout, de la robotique aux textiles intelligents capables de répondre à des stimuli tels que la chaleur ou l'humidité, " dit Nicolas Charles, un doctorat étudiant en mathématiques appliquées et premier auteur de l'article. "Les possibilités sont infinies, si nous pouvons comprendre le système. Notre travail explique la morphologie complexe des mous, fibres fortement étirées et torsadées et fournit des lignes directrices pour les meilleurs designs."

    Un filament est serré à l'extrémité supérieure et pré-étiré en appliquant une charge axiale vers le bas à l'extrémité inférieure. Après avoir inséré une quantité critique de torsion, le filament se déforme spontanément en une forme connue sous le nom de solénoïde. Crédit :Nicholas Charles/Harvard SEAS

    La recherche est publiée dans Lettres d'examen physique .

    Fibres douces, ou filaments, peut être étiré, cisaillé, plié ou tordu. Comment ces différentes actions interagissent pour former des nœuds, tresses, et les hélices est important pour la conception d'actionneurs souples. Imaginez étirer et tordre un élastique aussi serré que possible. Au fur et à mesure que la torsion devient de plus en plus serrée, une partie du groupe sortira de l'avion et commencera à se tordre sur elle-même en une bobine ou un nœud. Ces bobines et boucles, sous la bonne forme, peut être harnaché pour actionner la fibre nouée.

    Les chercheurs ont découvert que différents niveaux d'étirement et de torsion entraînent différents types de formes complexes non planes. Ils ont caractérisé quelles formes conduisent à des boucles tordues, qui aux bobines serrées, et qui à un mélange des deux. Ils ont découvert que le pré-étirage est important pour former des bobines, comme ces formes sont les plus stables sous étirement, et modélisé comment de telles bobines peuvent être utilisées pour produire un travail mécanique.

    "Cette recherche nous donne un moyen simple de prédire comment les filaments mous réagiront à la torsion et à l'étirement, " dit Charles.

    "En avant, notre travail pourrait également être pertinent dans d'autres situations impliquant des filaments emmêlés, comme dans les boucles de cheveux, la dynamique des polymères et la dynamique des lignes de champ magnétique dans le soleil et d'autres étoiles, " dit Mahadevan.

    © Science https://fr.scienceaq.com