La science des matériaux aime prendre comme modèle la nature et les propriétés particulières des êtres vivants qui pourraient potentiellement être transférées aux matériaux. Une équipe de recherche dirigée par le chimiste professeur Andreas Walther de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) a réussi à doter les matériaux d'une propriété bio-inspirée :le nanopapier rigide ultra-fin devient instantanément doux et élastique en appuyant sur un bouton.

"Nous avons équipé le matériau d'un mécanisme permettant de moduler la résistance et la rigidité via un interrupteur électrique, " expliqua Walther. Dès qu'un courant électrique est appliqué, le nanopapier devient mou; quand le courant s'arrête, il retrouve sa force. Du point de vue applicatif, cette commutabilité pourrait être intéressante pour des matériaux amortissants, par exemple. L'oeuvre, qui a également impliqué des scientifiques de l'Université de Fribourg et du Cluster of Excellence on Living, Adaptatif, et les systèmes de matériaux autonomes en énergie (livMatS) financés par la Fondation allemande pour la recherche (DFG), a été publié dans Communication Nature .

Inspiration du fond marin :l'interrupteur mécanique a une fonction de protection

L'inspiration naturelle dans ce cas vient des concombres de mer. Ces créatures marines ont un mécanisme de défense spécial :lorsqu'elles sont attaquées par des prédateurs dans leur habitat au fond de la mer, les concombres de mer peuvent adapter et renforcer leurs tissus afin que leur extérieur doux se rigidifie immédiatement. "Il s'agit d'un comportement mécanique adaptatif qui est fondamentalement difficile à reproduire, " a déclaré le professeur Andreas Walther. Avec leurs travaux maintenant publiés, son équipe a réussi à imiter le principe de base sous une forme modifiée en utilisant un matériau attrayant et un mécanisme de commutation tout aussi attrayant.

Les scientifiques ont utilisé des nanofibrilles de cellulose extraites et traitées de la paroi cellulaire des arbres. Les nanofibrilles sont encore plus fines que les microfibres du papier standard et donnent un rendu complètement transparent, papier presque semblable à du verre. Le matériau est rigide et solide, attrayant pour la construction légère. Ses caractéristiques sont même comparables à celles des alliages d'aluminium. Dans leur travail, l'équipe de recherche a appliqué l'électricité à ces nanopapiers à base de nanofibrilles de cellulose. Au moyen de changements moléculaires spécialement conçus, le matériau devient flexible en conséquence. Le processus est réversible et peut être contrôlé par un interrupteur marche/arrêt.

"C'est extraordinaire. Tous les matériaux qui nous entourent ne sont pas très changeants, ils ne passent pas facilement de rigide à élastique et vice versa. Ici, à l'aide de l'électricité, nous pouvons le faire d'une manière simple et élégante, " a déclaré Walther. Le développement s'éloigne ainsi des matériaux statiques classiques vers des matériaux dont les propriétés peuvent être ajustées de manière adaptative. Ceci est pertinent pour les matériaux mécaniques, qui peut ainsi être rendu plus résistant à la rupture, ou pour les matériaux d'amortissement adaptatif, qui pourrait passer de rigide à conforme en cas de surcharge, par exemple.

Cibler un matériau avec son propre stockage d'énergie pour une mise en marche/arrêt autonome

Au niveau moléculaire, le procédé consiste à chauffer le matériau en appliquant un courant et ainsi à rompre de manière réversible les points de réticulation. Le matériau se ramollit en corrélation avec la tension appliquée, c'est à dire., plus la tension est élevée, plus les points de réticulation sont cassés et plus le matériau devient mou. La vision de l'avenir du professeur Andreas Walther commence également au point d'alimentation électrique :alors qu'actuellement une source d'énergie est nécessaire pour déclencher la réaction, le prochain objectif serait de produire un matériau avec son propre système de stockage d'énergie, de sorte que la réaction est essentiellement déclenchée "en interne" dès que, par exemple, une surcharge se produit et un amortissement devient nécessaire. "Maintenant, nous devons encore actionner l'interrupteur nous-mêmes, mais notre rêve serait que le système matériel soit capable d'accomplir cela tout seul."