Des chercheurs de l’Université publique de Navarre (UPNA/NUP), qui fait partie des instituts Smart Cities (ISC) et InaMat2, ont manipulé à distance un composite composé de thermoplastique et de poudre de fer en utilisant la chaleur et des champs magnétiques, atteignant « un degré de contrôle jamais vu avant de. »
Le composite, classé comme matière programmable, peut être manipulé à distance dans l’air, l’eau ou à l’intérieur des tissus biologiques, ouvrant ainsi des possibilités pour le développement de dispositifs biomédicaux, d’écrans tactiles et de manipulateurs d’objets.
Les auteurs de cette recherche publiée dans Rapports scientifiquessont Josu Irisarri, Íñigo Ezcurdia, Xabier Sandúa, Itziar Galarreta, Iñaki Pérez de Landazábal et Asier Marzo.
La matière programmable est définie comme un matériau capable de modifier ses propriétés de manière programmatique. « Il peut modifier sa forme, sa rigidité ou d’autres propriétés physiques de manière contrôlée », explique Asier Marzo. Jusqu’à présent, des méthodes optiques ou magnétiques étaient utilisées pour contrôler la matière à distance. « Cependant, les deux procédures ont des limites : la première, en termes de force ; et la seconde, en ce qui concerne la taille minimale des détails réalisables, la résolution spatiale. »
Les chercheurs ont effectué de multiples manipulations à distance en utilisant la lumière, la chaleur et des aimants sur le composite, comme on peut le voir dans cette vidéo. Crédit : UPNA/NUP-Université Publique de Navarre
Contrôle de la matière par la chaleur et les champs magnétiques
Les chercheurs de l’UPNA/NUP ont utilisé un composite de thermoplastique et de poudre de fer. Le premier est rigide à 27°C, mais devient malléable lorsqu’il est chauffé dans un processus réversible. D’autre part, la poudre de fer peut être mélangée au thermoplastique et est attirée par les champs magnétiques. Le composé a été soumis à des motifs thermiques et à des champs magnétiques.
Grâce à cette combinaison, « un degré de contrôle sans précédent est démontré », selon l’auteur principal de l’article, Josu Irisarri. Pour ce faire, le composé est chauffé à des endroits précis qui deviennent malléables et peuvent être attirés par des champs magnétiques. « Les zones chaudes se solidifient lorsqu’elles refroidissent et le processus peut être répété », ajoute Josu Irisarri.
Les chercheurs ont effectué de multiples manipulations à distance en utilisant la lumière, la chaleur et des aimants sur le composite. Par exemple, un filament était chauffé au centre, ce qui le rendait malléable. Ensuite, un champ magnétique tiré des côtés pour le plier le long de la zone préchauffée. Le filament s’est solidifié lors du refroidissement. Ce processus a été répété plusieurs fois pour former différentes lettres en utilisant un seul brin.
Dans une deuxième expérience, une feuille de matériau a été chauffée par un laser à des points spécifiques. Ensuite, un champ magnétique a attiré ces points et, en se refroidissant, ils se sont solidifiés en formant un motif Braille. Ce processus a été répété pour des motifs plus complexes.
Dans la troisième expérience, un bloc de matériau a été chauffé avec une lumière infrarouge et soulevé par un champ magnétique pour former une colonne. Ensuite, un point de la colonne a été chauffé et, à nouveau, à l’aide d’un champ magnétique, une branche secondaire a été arrachée, formant un arbre.
Lors du test final, le matériau a été inséré dans un ballon simulateur pulmonaire, qui est optiquement opaque. Il était chauffé aux micro-ondes et, lorsque les champs magnétiques étaient appliqués, le matériau à l’intérieur du ballon pouvait être dilaté jusqu’à une certaine taille.
Pour résumer, le matériau peut être déplacé, tourné, plié, étiré, contracté, fendu, fusionné, soulevé, fondu et sculpté en figures ou en motifs braille. De plus, à l’état solide, il peut supporter des poids lourds.
Manipulations complexes
« Nous avons démontré des manipulations complexes sur des blocs 3D, des feuilles 2D et des filaments 1D, qui auront des applications dans les écrans tactiles et la manipulation d’objets », explique Asier Marzo.
Outre les technologies tactiles, les chercheurs de l’UPNA/NUP envisagent d’autres possibilités. « En raison de la faible température de transition et de la capacité de chauffage à travers des matériaux opaques à l’aide de micro-ondes, le composite peut être manipulé à l’intérieur des tissus biologiques, offrant un grand potentiel pour les dispositifs biomédicaux », conclut Asier Marzo.
Plus d’information:
Josu Irisarri et al, Rapports scientifiques (2022). DOI : 10.1038/s41598-022-24543-5