Le bras du robot en bois est alimenté par des muscles en plastique

Par Chris Stokel Walker

UNE polymère qui change de forme lorsqu’il est chauffé peut soulever des objets 5000 fois son propre poids, avec des applications potentielles dans robotique.

Les polymères à mémoire de forme basculent entre leur état normal, où les molécules sont flexibles et désordonnées, et leur état déformé, où les molécules se lient après avoir été étirées. Une fois dans l’état étiré et déformé, le polymère peut être détendu – reprenant son état « normal » – en appliquant de la chaleur ou de la lumière.

Cependant, les polymères à mémoire de forme traditionnels ne stockent pas de quantités importantes d’énergie lorsqu’ils sont étirés, ce qui signifie qu’ils ne libèrent pas beaucoup d’énergie lors de la détente, ce qui limite leur utilisation dans les tâches impliquant de soulever ou de déplacer des objets.

Zhenan Bao à l’Université de Stanford en Californie et ses collègues ont maintenant produit un polymère à mémoire de forme qui stocke et libère des quantités appréciables d’énergie. Leur version a un squelette de polypropylène glycol auquel ils ont ajouté des unités 4-,4′-méthylène bisphénylurée.

Lorsqu’elles sont étirées, les chaînes polymères s’alignent physiquement et des liaisons intra- et intermoléculaires – appelées liaisons hydrogène – se forment entre les chaînes. Ceux-ci aident le matériau à conserver sa forme très étirée. Ensuite, lorsqu’il est chauffé à 70°C, les liaisons hydrogène se rompent et le matériau peut revenir à sa forme d’origine non étirée, libérant de l’énergie des liaisons au cours du processus.

Le polymère peut être étiré jusqu’à cinq fois sa longueur initiale et stocker jusqu’à 17,9 joules d’énergie par gramme sous sa forme allongée – six fois celle de la plupart des autres polymères à mémoire de forme. « Il pourrait être utilisé pour soulever du poids ou pour aider ou fournir une poussée supplémentaire à quelqu’un qui a peut-être des difficultés à marcher », explique Bao.

Pour démontrer ses utilisations potentielles, l’équipe a transformé le matériau en un muscle artificiel entre le haut et le bas du bras d’un mannequin en bois. Lorsque l’articulation du coude du mannequin a été redressée, le polymère s’est étiré. Ensuite, en appliquant de la chaleur au polymère, il s’est à nouveau contracté, provoquant la flexion de l’articulation du coude du mannequin.

« Les caractéristiques fiables et la haute résistance du matériau offrent une nouvelle méthode de conception de joints capables de soulever plusieurs fois le poids du matériau », déclare Jonathan Aitken à l’Université de Sheffield, Royaume-Uni. Cependant, Aitken remet en question l’utilité d’avoir à appliquer de la chaleur au polymère.

Bao espère étudier les propriétés du polymère pour voir s’il existe un mécanisme moléculaire qui peut automatiquement s’allonger et se rétrécir en réponse à des changements de température plus petits et plus faciles à réaliser.

Référence de la revue : ACS Science centrale, DOI : 10.1021/acscentsci.1c00829