Leurs travaux étendent le domaine émergent des « hydrogels kirigami », dans lesquels des motifs sont découpés en un film mince lui permettant de gonfler ultérieurement en structures d'hydrogel complexes. La recherche est publiée dans la revue Science and Technology of Advanced Materials .

Les hydrogels possèdent un réseau de molécules attirant l'eau (hydrophiles), permettant à leur structure de gonfler considérablement lorsqu'elle est exposée à l'eau qui s'incorpore dans le réseau moléculaire. Les chercheurs Daisuke Nakagawa et Itsuo Hanasaki ont travaillé avec un film initialement sec composé de nanofibres de cellulose, le matériau naturel qui forme une grande partie de la structure des parois cellulaires végétales.

Ils ont utilisé un traitement au laser pour découper des structures dans le film avant que de l'eau ne soit ajoutée, permettant ainsi au film de gonfler. La conception particulière du motif Kirigami fonctionne de telle manière que la largeur augmente lorsqu'elle est étirée dans le sens longitudinal, ce que l'on appelle la propriété auxétique. Cette propriété auxétique apparaît à condition que l'épaisseur augmente suffisamment lorsque le film mince d'origine est humide.

"Comme Kirigami signifie littéralement le dessin découpé des papiers, il était initialement destiné aux structures de feuilles minces. D'autre part, notre mécanisme auxétique bidimensionnel se manifeste lorsque l'épaisseur de la feuille est suffisante, et cette tridimensionnalité de la structure de l'hydrogel émerge en gonflant lorsqu'il est utilisé. Il est pratique de le stocker à l'état sec avant utilisation, plutôt que de conserver le même niveau de teneur en eau de l'hydrogel", explique Hanasaki.

"De plus, l'auxétique est maintenue pendant le chargement cyclique qui amène la déformation adaptative de l'hydrogel à atteindre un autre état structurel. Cela sera important pour la conception de matériaux intelligents."

Les applications potentielles des hydrogels adaptatifs incluent les composants souples des technologies robotiques, leur permettant de réagir de manière flexible lors de l'interaction avec les objets qu'ils manipulent, par exemple. Ils peuvent également être intégrés dans des commutateurs logiciels et des composants de capteurs.

Les hydrogels sont également étudiés pour des applications médicales, notamment l’ingénierie tissulaire, les pansements, les systèmes d’administration de médicaments et les matériaux capables de s’adapter avec flexibilité au mouvement et à la croissance. L'avancée des hydrogels kirigami réalisée par l'équipe TUAT étend considérablement les options pour les futures applications d'hydrogel.

"Conserver les caractéristiques conçues tout en faisant preuve d'adaptabilité aux conditions environnementales est avantageux pour le développement de la multifonctionnalité", conclut Hanasaki.