Matériaux d’auto-guérison pour la robotique composé de « gelée » et de sel
Les scientifiques ont développé des matériaux imprimés en 3D, biodégradables et auto-cicatrisants qui pourraient être utilisés pour développer des mains artificielles réalistes et d’autres applications de robotique douce.
Les matériaux de type gelée à faible coût, développés par des scientifiques de l’Université de Cambridge, peuvent détecter la tension, la température et l’humidité. De plus, contrairement aux robots auto-réparateurs antérieurs, ils peuvent en outre se réparer partiellement à température ambiante.
Les résultats sont rapportés dans la revue NPG Asia Materials.
Matériaux ressemblant à la gelée
Les technologies de détection douce modifieraient la robotique, les interfaces tactiles et les outils portables, entre autres applications. Cependant, la plupart des technologies de détection douce ne sont pas robustes et utilisent de grandes quantités d’énergie.
« L’intégration de capteurs souples dans la robotique nous permet d’obtenir encore plus de données, comme la façon dont la pression atteinte sur nos muscles permet à notre cerveau d’obtenir des détails sur l’état de notre corps », a déclaré David Hardman du département d’ingénierie de Cambridge, le premier auteur du papier.
Dans le cadre du projet SHERO financé par l’UE, Hardman et ses collègues ont en fait travaillé à la mise au point de matériaux d’auto-guérison à détection douce pour les mains et les bras de robots. Ces matériaux peuvent détecter lorsqu’ils sont endommagés, prendre les mesures nécessaires pour se déplacer temporairement, puis reprendre le travail, le tout sans intervention humaine.
« Nous travaillons avec des matériaux auto-cicatrisants depuis de nombreuses années, mais de nos jours, nous cherchons des moyens plus rapides et plus abordables de fabriquer de la robotique auto-cicatrisante », a déclaré le co-auteur, le Dr Thomas George- Thuruthel, également du Département d’Ingénierie.
Les versions antérieures des robots auto-réparateurs devaient être chauffées pour guérir. Les scientifiques de Cambridge créent actuellement des matériaux qui peuvent reprendre à température ambiante, ce qui les rend certainement meilleurs pour les applications du monde réel.
« Nous avons commencé par un matériau extensible à base de gélatine bon marché, biodégradable et biocompatible, et avons effectué différents examens sur la façon d’intégrer des capteurs directement dans le matériau en incluant de divers composants conducteurs », a déclaré Hardman.
Une innovation révolutionnaire
Les chercheurs ont découvert que l’impression de capteurs contenant du chlorure de sodium – du sel – plutôt que de l’encre au carbone aboutissait à un matériau doté de propriétés qu’ils recherchaient. Puisque le sel est soluble dans l’hydrogel rempli d’eau, il donne un canal cohérent pour la conduction ionique – le mouvement des ions.
Les chercheurs ont découvert que les modifications de la contrainte entraînaient une réponse très directe lors de la mesure de la résistance électrique des matériaux imprimés. Ils pourraient utiliser cette réponse pour calculer les déformations du matériau. L’inclusion de sel a également permis de détecter des étendues supérieures à trois fois la taille initiale du capteur afin que le matériau puisse être intégré dans des dispositifs robotiques flexibles et extensibles.
Les matériaux auto-cicatrisants sont bon marché et faciles à réaliser, soit par impression 3D, soit par moulage. Ils sont préférables à de nombreuses options existantes, car ils présentent une résistance et une stabilité durables sans séchage, et qu’ils sont entièrement fabriqués à partir de matériaux couramment disponibles et sans danger pour les aliments.
Révolution robotique
« C’est un très bon compte capteur tenu de son faible coût et de sa facilité de fabrication », a déclaré George-Thuruthel. “Nous avons conçu un robot entier sur le fond de gélatine et imprimez les capteurs partout où nous en avons besoin.”
Les hydrogels auto-cicatrisants se lient bien avec une variété de matériaux différents, ce qui signifie qu’ils peuvent être rapidement incorporés à divers autres types de robotique. Par exemple, une grande partie de l’étude du laboratoire de robotique bio inspirée, où les scientifiques sont basés, se concentre sur la croissance des mains artificielles. Ce matériau est une preuve de concept. Il pourrait être incorporé directement dans les peaux artificielles et les capteurs portables et biodégradables personnalisés s’il était encore plus développé.
Ce dernier a été soutenu par le projet Self-HEaling soft RObotics (SHERO), financé dans le cadre du programme Future and Emerging Technologies (FET) de la Commission européenne.
Lire l’article original sur Science Daily.
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Référence : David Hardman, Thomas George Thuruthel, Fumiya Iida. Hydrogels ioniques de gélatine/glycérol auto-cicatrisants pour les applications de détection de contrainte. Matériaux NPG Asie, 2022 ; 14 (1) DOI : 10.1038/s41427-022-00357-9
