Une équipe de chercheurs de l’Université nationale de technologie de la défense, de l’Université polytechnique de Hong Kong et de l’Institut de technologie de Karlsruhe a développé une multitude de métamatériaux mécaniques à base d’engrenages qui permettent la création de feuilles configurables. Dans leur article publié dans la revue Matériaux naturelsle groupe décrit comment il a développé ses fiches et ses utilisations possibles.
Comme le notent les chercheurs, les feuilles utilisées pour des applications telles que les pièces de machines ont tendance à être à la fois rigides et sujettes à la rupture avec le temps en raison d’une utilisation prolongée et des vibrations. Ils sont également généralement difficiles à reconfigurer en cas de besoin, surtout à la volée. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont développé un nouveau type de feuille qui permet une configuration à la volée et qui est également plus élastique, ce qui l’aide à résister aux contraintes des applications commerciales.
La nouvelle idée développée par l’équipe consiste à utiliser des engrenages engrenés apposés sur un panneau les uns à côté des autres sous la forme d’une matrice. Dans une telle configuration, les engrenages se déplacent à l’unisson. Et ce faisant, notent les chercheurs, la flexibilité de la feuille passe de plus souple à moins, ou vice versa.
Dans leur travail, les chercheurs ont utilisé à la fois des engrenages Taiji et planétaires. Les premiers sont presque bidimensionnels et ont un centre sinueux unique. Ils permettaient d’utiliser différentes orientations lors de la création d’une feuille. Les engrenages planétaires sont également presque plats mais ont des centres à plusieurs trous. Leur utilisation permettait un chargement en compression.
Dans leur travail, les chercheurs ont créé une grande variété de feuilles pour tester différentes configurations. Dans certains cas, ils utilisaient des engrenages qui n’étaient pas tous de la même taille ; dans d’autres, ils ont essayé de laisser de côté les engrenages dans les modèles pour voir quel genre d’impact cela pourrait avoir sur la flexibilité de la feuille. Ils ont pu créer une foule de feuilles qui avaient différents degrés d’élasticité, permettant différentes quantités de flexibilité, d’étirement ou de flexion. Ils ont également créé des feuilles avec des engrenages qui pouvaient être verrouillés à la demande, permettant à une feuille de devenir extrêmement rigide presque instantanément.
Les chercheurs suggèrent qu’en plus d’utiliser leurs feuilles comme pièces de machine, elles pourraient également être utilisées dans des appendices de robot qui se contractent comme des muscles.
Xin Fang et al, Métamatériaux mécaniques programmables à base d’engrenages, Matériaux naturels (2022). DOI : 10.1038/s41563-022-01269-3
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