Une équipe de scientifiques a créé un nouveau polymère changeant de forme qui pourrait transformer la façon dont les futurs matériaux souples sont construits. Fabriqué à partir d’un matériau appelé élastomère cristallin liquide (LCE), un matériau souple semblable à du caoutchouc qui peut être stimulé par des forces externes comme la lumière ou la chaleur, le polymère est si polyvalent qu’il peut se déplacer dans plusieurs directions.
Son comportement, qui ressemble aux mouvements des animaux dans la nature, inclut sa capacité à se tordre, à s’incliner à gauche et à droite, à rétrécir et à s’étendre, a déclaré Xiaoguang Wang, co-auteur de l’étude et professeur adjoint en génie chimique et biomoléculaire à l’Ohio State. Université.
« Les cristaux liquides sont des matériaux qui possèdent des caractéristiques et des propriétés très uniques que d’autres matériaux ne peuvent normalement pas atteindre », a déclaré Wang. « C’est fascinant de travailler avec eux. »
La capacité de ce nouveau polymère à changer de forme pourrait le rendre utile pour créer des robots mous ou des muscles artificiels, entre autres dispositifs de haute technologie en médecine et dans d’autres domaines.
Aujourd’hui, les cristaux liquides sont le plus souvent utilisés dans les écrans de téléviseurs et de téléphones portables, mais ces matériaux se dégradent souvent avec le temps. Mais avec le développement des LED, de nombreux chercheurs se concentrent sur le développement de nouvelles applications pour les cristaux liquides.
Contrairement aux matériaux conventionnels qui ne peuvent se plier que dans une seule direction ou nécessitent plusieurs composants pour créer des formes complexes, le polymère de cette équipe est un composant unique qui peut se tordre dans deux directions. Cette propriété est liée à la manière dont le matériau est exposé aux changements de température pour contrôler les phases moléculaires du polymère, a déclaré Wang.
« Les cristaux liquides ont un ordre d’orientation, ce qui signifie qu’ils peuvent s’auto-aligner », a-t-il déclaré. « Lorsque nous chauffons les LCE, ils passent à différentes phases, provoquant un changement dans leur structure et leurs propriétés. »
Cela signifie que les molécules, de minuscules éléments constitutifs de la matière, qui étaient autrefois fixés en place, peuvent être réorganisées de manière à permettre une plus grande flexibilité. Cet aspect pourrait également rendre le matériau plus facile à fabriquer, a déclaré Wang.
L’étude a été récemment publié dans la revue Science.
S’il est mis à l’échelle, le polymère étudié dans cette étude pourrait potentiellement faire progresser plusieurs domaines et technologies scientifiques, notamment les systèmes d’administration contrôlée de médicaments, les dispositifs de biocapteurs et comme aide aux manœuvres de locomotion complexes pour les robots mous de nouvelle génération.
L’une des découvertes les plus importantes de l’étude révèle les trois phases que traverse le matériau lorsque sa température change, a déclaré Alan Weible, co-auteur de l’étude et chercheur diplômé en génie chimique et biomoléculaire à l’Ohio State. Tout au long de ces phases, les molécules se déplacent et s’auto-assemblent dans différentes configurations.
« Ces phases sont l’un des facteurs clés que nous avons optimisés pour permettre la déformabilité de forme ambidirectionnelle du matériau », a-t-il déclaré. En termes de taille, l’étude suggère en outre que le matériel peut être agrandi ou réduit pour s’adapter à presque tous les besoins.
« Notre article ouvre une nouvelle direction permettant aux gens de commencer à synthétiser d’autres matériaux multiphasés », a déclaré Wang.
Les chercheurs notent qu’avec les futurs progrès informatiques, leur polymère pourrait éventuellement être un outil utile pour faire face à des situations délicates, comme celles qui nécessitent la conception précise de muscles et d’articulations artificiels ou la mise à niveau de nanorobots mous nécessaires à des interventions chirurgicales complexes.
« Au cours des prochaines années, nous prévoyons de développer de nouvelles applications et, espérons-le, de nous lancer dans le domaine biomédical », a déclaré Weible. « Nous pouvons explorer beaucoup plus sur la base de ces résultats. »
Parmi les autres co-auteurs figurent Yuxing Yao, Shucong Li, Atalaya Milan Wilborn, Friedrich Stricker, Joanna Aizenberg, Baptiste Lemaire, Robert KA Bennett, Tung Chun Cheung et Alison Grinthal de l’Université Harvard ; Foteini Trigka et Michael M. Lerch de l’Université de Groningen ; Guillaume Freychet, Mikhail Zhernenkov et Patryk Wasik du Laboratoire national de Brookhaven ; et Boris Kozinsky de Bosch Research.
Plus d’informations :
Yuxing Yao et al, Programmation d’élastomères à cristaux liquides pour une déformabilité ambidirectionnelle en plusieurs étapes, Science (2024). DOI : 10.1126/science.adq6434