Structures qui rétrécissent sous tension

Des chercheurs aux Pays-Bas ont mis au point des structures mécaniques innovantes qui, de manière surprenante, se contractent — ou plus précisément, se replient vers l’intérieur — au lieu de s’étendre lorsqu’on les tire.

La science derrière le phénomène

Bien que cela puisse sembler contre-intuitif, ce comportement inattendu est le résultat d’une approche créative combinant géométrie et mécanique, mise au point par des scientifiques de l’institut de physique AMOLF. Ce concept pourrait aider à résoudre des problèmes d’instabilités indésirables dans diverses applications.

« Ce type de comportement — que nous appelons “contre-claquement” — n’a jamais été observé expérimentalement auparavant », a déclaré Bas Overvelde, chercheur principal du groupe Soft Robotic Matter. « Il pourrait révolutionner la conception de tout, des dispositifs robotiques médicaux aux bâtiments résistants aux tremblements de terre. »

Vous pouvez voir la structure en action dans la vidéo ci-dessous.

Fascinant, n’est-ce pas ? L’effet de contre-claquement, récemment décrit dans la revue PNAS, résulte de la conception et de l’assemblage de structures mécaniques exploitant des non-linéarités géométriques. L’idée principale est de créer des systèmes avec des relations force–déplacement auto-intersectantes — c’est-à-dire qui se contractent soudainement sous une tension croissante, ou nécessitent de manière inattendue plus de force lorsqu’ils sont étirés.

Construire les structures

Pour y parvenir, l’équipe a combiné trois types différents de blocs de construction mécaniques non linéaires — chacun ayant un comportement spécifique force-extension — en un réseau. Dans l’exemple présenté, les composants ont été imprimés en 3D.

Ces structures à contre-claquement offrent plusieurs propriétés mécaniques remarquables :

. Mouvement unidirectionnel avec effet stick-slip : Contrairement au claquement classique, qui entraîne un mouvement d’aller-retour sous une charge cyclique, le contre-claquement produit un déplacement progressif dans une seule direction. . Rigidité commutable : La structure peut passer entre différents niveaux de rigidité à un point précis, tout en conservant la même extension et la même force appliquée. Cette conception permet de modifier la résistance à la déformation sans changer la taille du système ni la charge.
. Évitement passif de la résonance : Comme il est possible de modifier la rigidité sans affecter l’équilibre, la structure ajuste automatiquement sa fréquence de vibration naturelle — ce qui la protège contre les vibrations nuisibles à certaines fréquences.
. Commutation séquentielle de la rigidité : Lorsque plusieurs unités à contre-claquement sont disposées côte à côte (en parallèle), il est possible d’ajuster la rigidité de chaque unité une par une.
Commutation collective instantanée : Lorsqu’elles sont connectées bout à bout (en série), toutes les unités peuvent changer simultanément — comme une réaction en chaîne.

Les chercheurs voient un potentiel pour cette technologie dans les équipements de protection et les prothèses capables d’alterner entre des états souples et rigides (similaires aux équipements de sécurité pour motards), l’amortissement des vibrations dans les bâtiments et les avions, et même dans des robots médicaux souples capables de se déplacer dans le corps en avançant sans glisser en arrière.

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Lire l’article original sur : New Atlas

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