En noyant des feuilles à base de titane dans l'eau, un groupe dirigé par des scientifiques du RIKEN Center for Emergent Matter Science a créé un matériau utilisant des matériaux inorganiques qui peuvent être convertis d'un gel dur en une matière molle en utilisant des changements de température.

La science-fiction présente souvent des formes de vie inorganiques, mais en réalité, les organismes et les appareils qui répondent à des stimuli tels que les changements de température sont presque toujours basés sur des matériaux organiques, et donc, la recherche dans le domaine des "matériaux adaptatifs" s'est presque exclusivement concentrée sur les substances organiques. Cependant, il y a des avantages à utiliser des matériaux inorganiques tels que les métaux, y compris des propriétés mécaniques potentiellement meilleures.

Considérant cela, le groupe dirigé par RIKEN a décidé de tenter de recréer le comportement affiché par les hydrogels organiques, mais en utilisant des matériaux inorganiques. L'inspiration pour le matériau vient d'une créature aquatique appelée concombre de mer. Les concombres de mer sont des animaux fascinants, liés aux étoiles de mer (mais pas aux concombres !) - qui ont la capacité de transformer leur peau d'une couche dure en une sorte de gelée, leur permettant de jeter leurs organes internes - qui finissent par repousser - pour échapper aux prédateurs. Dans le cas des concombres de mer, les produits chimiques libérés par leur système nerveux déclenchent le changement de la configuration d'un échafaudage protéique, créer le changement.

Pour le faire, les chercheurs ont expérimenté l'arrangement de nanofeuilles - de fines feuilles d'oxyde de titane dans ce cas - dans de l'eau, les nanofeuilles représentant 14 % et l'eau 86 % du matériau en poids.

Selon Koki Sano de RIKEN CEMS, le premier auteur de l'article, "La clé pour savoir si un matériau est un hydrogel mou ou un gel plus dur est basée sur l'équilibre entre les forces attractives et répulsives parmi les nanofeuilles. Si les forces répulsives dominent, c'est plus doux, mais si les attractifs sont forts, les feuilles s'enferment dans un réseau tridimensionnel, et il peut se réorganiser en un gel plus dur. En utilisant une répulsion électrostatique finement réglée, nous avons essayé de fabriquer un gel dont les propriétés changeraient en fonction de la température.

Le groupe a finalement réussi à le faire, constatant que le matériau est passé d'un état dominé par la répulsion plus doux à un état dominé par l'attraction plus dur à une température d'environ 55 degrés centigrades. Ils ont également constaté qu'ils pouvaient répéter le processus à plusieurs reprises sans détérioration significative. "Ce qui était fascinant, " il continue, "est que ce processus de transition est terminé en seulement deux secondes même s'il nécessite un grand réarrangement structurel. Cette transition s'accompagne d'un changement de 23 fois dans l'élasticité mécanique du gel, rappelle les concombres de mer."

Pour rendre le matériel plus utile, ils l'ont ensuite dopé avec des nanoparticules d'or capables de convertir la lumière en chaleur, leur permettant de projeter une lumière laser sur le matériau pour le réchauffer et modifier la structure.

Selon Yasuhiro Ishida de RIKEN CEMS, l'un des auteurs correspondants de l'article, "C'est un travail vraiment passionnant car il ouvre considérablement la portée de la substance qui peut être utilisée dans les matériaux adaptatifs de nouvelle génération, et peut même nous permettre de créer une forme de vie inorganique."