Ces matériaux 2D révolutionnaires peuvent s’auto-programmer en formes complexes
Un processus d’impression 4D entraîne une nouvelle méthode pour créer des objets capables d’effectuer de manière autonome des mouvements imitant des organismes vivants.
Les scientifiques des matériaux ont développé une technique d’impression qui peut se transformer automatiquement en formes 3D, imitant la façon dont les organismes vivants peuvent se déplacer et ouvrant la voie à de nouvelles applications dans la robotique douce et d’autres technologies.
Une équipe au Des chercheurs de l’Université du Texas à Arlington ont créé une nouvelle méthode pour programmer des feuilles minces afin qu’elles se transforment de manière autonome en structures 3D. L’objectif de l’équipe de recherche, dirigée par Kyungsuk Yum, professeur agrégé au département des sciences et de l’ingénierie des matériaux de l’université, est de créer des matériaux synthétiques capables d’imiter la façon dont les organismes vivants se dilatent et se contractent, a-t-il déclaré.
« Il existe une variété de matériaux 2D en forme de 3D dans les systèmes biologiques, et ils jouent diverses fonctions », a déclaré Yum. « Les organismes biologiques réalisent souvent des morphologies et des mouvements 3D complexes de tissus mous et minces en contrôlant spatialement leur expansion et leur contraction. »
Des chercheurs de l’Université du Texas (UT) à Arlington ont mis au point un processus qui programme des matériaux 2D en formes 3D qui se déplacent de la même manière que les organismes vivants.
Le travail dans ce domaine n’est pas complètement nouveau. Plusieurs scientifiques des matériaux ont travaillé sur le développement de matériaux programmables grâce à ce qu’on appelle l’impression 4D, qui va encore plus loin dans l’impression 3D pour créer des objets préprogrammables qui peuvent se déplacer ou se reconfigurer à la demande une fois fabriqués.
Le nouveau processus de l’équipe de Yum s’appuie sur une méthode d’impression 4D par lumière numérique que lui et ses collaborateurs ont développée il y a plusieurs années, ce que les chercheurs ont utilisé pour réaliser physiquement la programmation des matériaux 2D avec une croissance dans le plan spatialement contrôlée, a déclaré Amirali Nojoomi, un étudiant diplômé de Yum qui a travaillé sur la recherche.
« Notre processus d’impression 2D peut imprimer simultanément plusieurs matériaux 2D codés avec des conceptions personnalisées individuellement et les transformer à la demande et en parallèle avec des structures 3D programmées », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.
Objets Bio-Inspirés
L’approche peut créer des structures 3D uniques avec des morphologies et des mouvements doublement incurvés, couramment observés chez les organismes vivants, mais qui sont généralement difficiles à reproduire avec des matériaux synthétiques, a déclaré Nojoomi.
Pour tester le processus, les chercheurs ont imprimé des structures 3D en forme d’automobiles, de raies pastenagues et de visages humains. Ils ont également introduit un concept appelé cone flattening, dans lequel ils ont programmé des matériaux 2D à l’aide d’une surface conique pour augmenter l’espace accessible des formes 3D.
Les chercheurs ont conçu des modules de guidage de forme dans la programmation de matériaux 2D qui orientent la direction du morphing de forme vers des formes 3D ciblées pour résoudre le problème de la façon dont les objets réalisent leurs formes, ont-ils déclaré. Leur procédé d’impression 2D peut également permettre des structures 3D multi-matériaux.
Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue Communication Nature. Outre la robotique douce, les applications pour le travail incluent les systèmes déployables et la fabrication biomimétique, qui fabrique des produits synthétiques qui imitent les processus biologiques, ont-ils déclaré. L’approche est également évolutive et peut être personnalisée ainsi que potentiellement compléter les méthodes d’impression 3D existantes, a déclaré Nojoomi.
