Des chercheurs en Corée du Sud ont mis au point une électrode constituée d'une couche de carbone d'une épaisseur d'un seul atome pour aider à fabriquer des muscles artificiels plus durables.

Composites métalliques polymères ioniques (IPMC), souvent appelés muscles artificiels, sont des actionneurs polymères électroactifs qui changent de taille ou de forme lorsqu'ils sont stimulés par un champ électrique. Les IPMC ont été largement étudiés pour leur utilisation potentielle dans la robotique inspirée de la nature, tels que les véhicules sous-marins propulsés par des nageoires en forme de poisson, et dans les dispositifs de rééducation pour les personnes handicapées.

Un "moteur" IPMC, ou actionneur, est formé d'une membrane moléculaire tendue entre deux électrodes métalliques. Lorsqu'un champ électrique est appliqué à l'actionneur, la migration et la redistribution des ions qui en résultent dans la membrane provoquent la flexion de la structure. Les actionneurs IPMC sont connus pour leur faible consommation électrique, ainsi que leur capacité à se plier sous basse tension et à imiter les mouvements qui se produisent naturellement dans l'environnement.

Ils ont un inconvénient majeur, toutefois. Des fissures peuvent se former sur les électrodes métalliques après une période d'exposition à l'air et aux courants électriques. Cela peut entraîner une fuite d'ions à travers les électrodes, résultant en des performances réduites.

Améliorer la durabilité des actionneurs IPMC est un enjeu majeur dans le domaine des muscles artificiels. Les chercheurs étudient des moyens de développer un rentable, électrode hautement conductrice et sans fissure qui peut être utilisée pour construire un actionneur en polymère durable.

Dans un article publié en ACS Nano , des chercheurs du Korea Advanced Institute of Science and Technology rapportent le développement d'une électrode à couche mince basée sur un nouveau composite polymère ionique-graphène (IPGC). Le graphène est une couche de carbone d'un seul atome d'épaisseur avec des propriétés mécaniques exceptionnelles, propriétés électriques et thermiques. Les nouvelles électrodes ont une surface extérieure lisse qui repousse l'eau et n'a pas de fissures apparentes, ce qui les rend presque imperméables aux liquides. Ils ont également une surface intérieure rugueuse, ce qui facilite la migration des ions à l'intérieur de la membrane pour stimuler la flexion.

Le nouvel actionneur IPGC démontre une durabilité exceptionnelle sans dégradation apparente, même sous une tension d'entrée très élevée. Il est prometteur pour une utilisation dans les dispositifs biomédicaux, des robots « biomimétiques » qui imitent les mouvements se produisant dans la nature, et électronique souple flexible.

Les chercheurs reconnaissent qu'il existe encore de nombreux défis et que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour réaliser le plein potentiel des électrodes à base de graphène et leur commercialisation ultérieure. En 2015, ils prévoient d'améliorer encore les performances de flexion des actionneurs, leur capacité à stocker de l'énergie et leur puissance.

Ils prévoient également de développer un robot biomimétique capable de marcher et de sauter sur l'eau comme un arpenteur aquatique. Ils le feront en construisant des actionneurs IPGC flottants avec des performances de flexion fiables qui peuvent se poursuivre pendant une période de six heures sans aucun changement apparent de durabilité.