Un élastomère intelligent qui peut s'auto

27 janvier 2023

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par Shiyang Tang, Université de Birmingham

Les matériaux intelligents sont des matériaux qui ont la capacité de modifier leurs propriétés en réponse à des stimuli externes spécifiques, tels que la température, l'humidité, la lumière ou les contraintes appliquées. L’un des exemples les plus connus de matériaux intelligents est l’alliage à mémoire de forme (SMA), qui est un type de matériau métallique capable de changer de forme en réponse aux changements de température.

Un autre exemple de matériaux intelligents comprend les matériaux piézoélectriques, qui génèrent une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique appliquée. Les matériaux intelligents ont un large éventail d’applications potentielles, notamment dans les domaines de l’aérospatiale, de l’automobile, de la robotique, de la fabrication et du génie biomédical.

Les matériaux à rigidité variable sont un type de matériaux intelligents qui ont la capacité d’ajuster leur rigidité, ou résistance à la déformation, en réponse à des stimuli externes. Cette propriété permet au matériau de s'adapter aux conditions changeantes et d'améliorer ses performances dans un large éventail d'environnements.

L’un des principaux avantages des matériaux à rigidité variable est qu’ils peuvent augmenter l’efficacité, la sécurité et la fiabilité des systèmes mécaniques. Par exemple, des matériaux à rigidité variable peuvent être utilisés pour créer des bras robotiques et des pinces capables de s'adapter à différents objets et environnements. Cela permet au bras robotique ou à la pince de manipuler une gamme d'objets différents de formes, de tailles et de poids différents, ce qui peut réduire la complexité et augmenter l'efficacité globale du système robotique.

Des matériaux intelligents innovants dotés de propriétés électromécaniques réglables révolutionnent les domaines de la fabrication, des appareils portables et de la robotique. Cependant, à ce jour, il n’existe pas encore de matériau capable d’ajuster automatiquement ses propriétés électriques et mécaniques en réponse aux changements environnementaux et d’exploiter les propriétés modifiées de manière synergique sans contrôle externe.

Pour combler cette lacune, une équipe de recherche collaborative dirigée par le Dr Shiyang Tang de l'Université de Birmingham, ainsi que des collaborateurs de l'Université des sciences et technologies de Chine, de l'Université de Cambridge et de l'Université de Wollongong, ont développé un matériau intelligent appelé l'élastomère de charge hybride métallique (FMHE) de Field. Le FMHE comprend des charges hybrides de métal de Field (un alliage non toxique à bas point de fusion) et des microparticules de nickel enrichies intégrées dans une matrice élastomère.

Cette recherche a été rapportée dans leur récent article publié dans Science Advances.

Le FMHE créé par les chercheurs peut répondre à la fois aux contraintes mécaniques et aux courants électriques, présentant une conductivité électrique et une rigidité variables et réglables sans contrôle externe. La fusion et la solidification du métal de Field permettent le changement de rigidité. Le FMHE présente également une piézorésistivité négative non conventionnelle et une sensibilité élevée à la déformation, avec une résistivité diminuant des millions de fois lors de la compression et de l'étirement.

En exploitant ces propriétés de manière synergique, les chercheurs ont démontré deux applications dans des systèmes intelligents et résilients, avec une amélioration des performances d'un ordre de grandeur par rapport à l'état de l'art. La première application est un compensateur de conformité multi-axes auto-déclenché qui peut protéger les manipulateurs robotiques des mouvements excessifs de compression, de flexion et de torsion.