Des chercheurs développent un “muscle artificiel” qui imite le muscle humain

Une avancée majeure en robotique douce a été réalisée par des chercheurs de l’Université d’État de Pennsylvanie. Ils ont développé un nouveau polymère ferroélectrique qui pourrait servir de ‘muscle artificiel’ dans la robotique. Ce matériau innovant est capable de convertir l’énergie électrique en mouvement mécanique, offrant de nouvelles perspectives pour la robotique avancée.

La robotique douce est une branche de la robotique en pleine expansion. Elle utilise des matériaux souples et malléables, appelés actionneurs mécaniques. Des matériaux capables de se plier, de se tordre et d’adapter leur forme sous différentes contraintes mécaniques. Mais ces actionneurs sont généralement constitués de matériaux rigides. Ce qui limite les avancées. Le nouveau polymère ferroélectrique développé par les chercheurs se révèle être un actionneur mécanique à la fois souple et résistant, se rapprochant ainsi du fonctionnement d’un muscle humain.

Les polymères ferroélectriques sont des matériaux ‘intelligents’ capables de convertir l’énergie électrique en énergie mécanique et vice-versa. Cependant, ils présentent des défis communs aux matériaux piézoélectriques, notamment la nécessité de combiner dans un seul matériau la résistivité aux différentes contraintes mécaniques et la malléabilité. Pour surmonter ces défis, les chercheurs ont développé un nanocomposite de polymères ferroélectriques. Une “matière” qui réduit considérablement l’intensité du champ moteur nécessaire et montre des performances de déformation améliorées.

 

Les défis et solutions pour le développement du ‘muscle artificiel’

Malgré les progrès réalisés, il existe encore deux problèmes importants. Premièrement, les matériaux souples génèrent une faible force. Deuxièmement, les actionneurs en polymère ferroélectrique nécessitent un champ électrique élevé pour fonctionner. Pour résoudre ces problèmes, une solution innovante a été proposée : le développement d’un matériau appelé nanocomposite de polymère ferroélectrique percolatif.

Ce matériau est créé en incorporant des nanoparticules dans un type de polymère. Cela crée un réseau de pôles interconnectés à l’intérieur. Cette structure permet ainsi d’activer la transition du matériau vers une phase ferroélectrique en utilisant un champ électrique beaucoup plus faible que celui habituellement requis.

Les chercheurs ont réussi à réduire la force du champ électrique nécessaire pour activer la transition ferroélectrique à moins de 10 % de sa valeur habituelle en utilisant une méthode de chauffage par effet joule sur le nanocomposite de polymère. Cette avancée ouvre la porte à de nombreuses applications dans des domaines tels que les dispositifs médicaux, les dispositifs optiques et les robots souples.

« Cela nous permettrait d’avoir une matière molle capable de supporter une charge élevée en plus d’une grande déformation. Ce matériau serait donc plus une imitation du muscle humain, un matériau proche du muscle humain » a déclaré Qing Wang, professeur de science et d’ingénierie des matériaux et co-auteur de l’étude publiée dans la revue Nature Materials. Après la peau et le cœur, bientôt les muscles artificiels ?