Si vous regardez les feuilles d'une plante assez longtemps, vous pouvez les voir se déplacer et se tourner vers la lumière du soleil tout au long de la journée. ça se fait doucement, mais certainement.

Certains matériaux synthétiques peuvent imiter cette réaction lente mais constante à l'énergie lumineuse, généralement déclenché par des lasers ou une lumière ambiante focalisée. De nouvelles recherches de l'Université de Pittsburgh et de l'Université Carnegie Mellon ont découvert un moyen d'accélérer suffisamment cet effet pour que ses performances puissent rivaliser avec les systèmes électriques et pneumatiques.

"Nous voulions créer des machines où la lumière est la seule source d'énergie et de direction, " a expliqué M. Ravi Shankar, professeur de génie industriel et auteur principal de l'article. « Le défi est que même si nous pourrions obtenir un certain mouvement et un actionnement avec des polymères entraînés par la lumière, c'était une réponse trop lente pour être pratique."

Lorsque la feuille de polymère est plate, la lumière l'anime lentement, se courbant ou se recourbant au fil du temps. Les chercheurs ont découvert qu'en donnant au polymère une forme incurvée, comme une coquille, l'action de flexion s'est produite beaucoup plus rapidement et a généré plus de couple.

"Si vous voulez déplacer quelque chose, comme actionner un interrupteur ou déplacer un levier, vous avez besoin de quelque chose qui réagira rapidement et avec suffisamment de puissance, " dit Shankar, titulaire d'un diplôme secondaire en génie mécanique et en science des matériaux. "Nous avons trouvé qu'en appliquant une contrainte mécanique au matériau en le confinant le long des bords, et en enrobant des arrangements de molécules judicieusement pensés, nous pouvons convertir une réponse lente en quelque chose de plus impulsif."

Les chercheurs ont utilisé un film de polymère cristallin liquide fonctionnalisé à l'azobenzène (ALCP) photosensible de 50 micromètres d'épaisseur et de plusieurs millimètres de largeur et de longueur. Une géométrie en forme de coque a été créée en confinant ce matériau le long de ses bords pour créer une courbe. La lumière brillante sur cette géométrie plie la coque à un pli qui nuclée spontanément. Ce pliage se produit en quelques dizaines de millisecondes et génère des densités de couple allant jusqu'à 10 newton-mètres par kilogramme (10 Nm/kg). La réponse entraînée par la lumière est amplifiée d'environ trois ordres de grandeur par rapport au matériau qui était plat.

« Les résultats du projet sont très excitants car cela signifie que nous pouvons créer des actionneurs alimentés par la lumière qui sont compétitifs avec les actionneurs électriques, " a déclaré Kaushik Dayal, co-auteur et professeur de génie civil et environnemental à la CMU.

« Notre approche pour augmenter les performances des polymères entraînés par la lumière pourrait réinventer la conception de robots mous entièrement non attachés avec de nombreuses applications technologiques, " a ajouté l'auteur principal et chercheur post-doctoral à la CMU Mahnoush Babaei.