Des chercheurs de l’école d’ingénierie de l’USC Viterbi se sont tournés vers l’origami pour créer de nouveaux capteurs qui pourraient un jour être utilisés pour détecter les déformations des organes et également pour une utilisation dans les appareils portables et la robotique douce.
Leur article, « Capteurs de contrainte à haute élasticité et à faible hystérésis utilisant des mésostructures 3D inspirées de l’origami », présenté dans Avancées scientifiques explique comment les chercheurs de l’USC Hangbo Zhao, Xinghao Huang, Liangshu Liu, Yung Hsin Lin, Rui Feng, Yiyang Shen et Yuanning Chang ont développé des « capteurs de contrainte extensibles », capables de mesurer l’ampleur des contraintes ou des déformations d’un objet.
« Le défi », explique Hangbo Zhao, auteur correspondant de l’article, professeur adjoint de génie aérospatial, mécanique et de génie biomédical à l’USC, « est de créer des capteurs capables de s’étirer de manière significative, de répondre rapidement et de donner des lectures précises même lors de la mesure de déformations importantes et dynamiques. « .
Les capteurs de déformation étirables actuels utilisent principalement des matériaux souples comme le caoutchouc, mais ce type de matériau peut entraîner des modifications irréversibles des propriétés du matériau en raison d’une utilisation répétée, produisant ainsi des mesures peu fiables liées à la détection des déformations.
Les chercheurs ont ainsi imaginé un nouveau type de structure pour les capteurs. Inspirés de l’origami, des matériaux plus rigides sont pliés avec des électrodes de chaque côté du panneau (imaginez le capteur comme un livre ouvert à l’envers avec deux électrodes sur les couvertures avant et arrière). Au fur et à mesure que les électrodes se déploient, la force du champ électrique entre les électrodes est capturée. Un modèle développé par l’équipe convertit ensuite cette lecture en une mesure qui capture l’amplitude de la déformation.
Les chercheurs de l’USC ont créé de nouveaux capteurs qui pourraient un jour être utilisés pour détecter des déformations dans les organes et également pour une utilisation dans les appareils portables et la robotique douce. Crédit : Zhao Research Group de l’USC Viterbi School of Engineering
Les capteurs nouvellement créés peuvent s’étirer jusqu’à trois fois leur taille d’origine avec une précision de détection élevée, même en cas d’utilisation répétée. De plus, les capteurs réagissent très rapidement, détectant les déformations en moins de 22 millisecondes dans des zones très petites (environ 5 millimètres carrés). De plus, ils sont capables de détecter des contraintes provenant de différentes directions.
De tels capteurs peuvent mesurer avec précision des déformations importantes et complexes, ce qui peut avoir des applications dans la détection des mouvements de robots mous, le suivi des mouvements des articulations humaines ou même la surveillance d’organes tels que la vessie pour déterminer des anomalies pouvant indiquer une maladie.
Plus d’information:
Xinghao Huang et al, Capteurs de contrainte à haute extensibilité et à faible hystérésis utilisant des mésostructures 3D inspirées de l’origami, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adh9799. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh9799