Dans le film d’action américain « Pacific Rim », des robots géants appelés « Jaegers » combattent des monstres inconnus pour sauver l’humanité. Ces robots sont équipés de muscles artificiels qui imitent de vrais corps vivants et vainquent les monstres avec puissance et rapidité. Des recherches sont menées pour équiper de vrais robots avec des muscles artificiels comme ceux montrés dans le film. Cependant, la force puissante et la vitesse élevée des muscles artificiels ne peuvent pas être actualisées, car la résistance mécanique (force) et la conductivité (vitesse) de l’électrolyte polymère – les matériaux clés entraînant l’actionneur – ont des caractéristiques contradictoires.
Une équipe de recherche POSTECH dirigée par le professeur Moon Jeong Park, le professeur Chang Yun Son et le professeur de recherche Rui-Yang Wang du Département de chimie a développé un nouveau concept d’électrolyte polymère avec différents groupes fonctionnels situés à une distance de 2Å. Cet électrolyte polymère est capable à la fois d’interactions ioniques et de liaisons hydrogène, ouvrant ainsi la possibilité de résoudre ces contradictions. Les résultats de cette étude ont été récemment publiés dans Matériaux avancés.
Des muscles artificiels sont utilisés pour que les robots bougent leurs membres naturellement comme le peuvent les humains. Pour entraîner ces muscles artificiels, un actionneur qui présente une transformation mécanique dans des conditions de basse tension est nécessaire. Cependant, en raison de la nature de l’électrolyte polymère utilisé dans l’actionneur, la force et la vitesse ne peuvent pas être atteintes simultanément car l’augmentation de la force musculaire ralentit la vitesse de commutation et l’augmentation de la vitesse réduit la force.
Pour surmonter les limitations présentées jusqu’à présent, la recherche a introduit le concept innovant de polymère bifonctionnel. En formant un canal ionique unidimensionnel de plusieurs nanomètres de large à l’intérieur de la matrice polymère, qui est dure comme du verre, un électrolyte polymère superionique avec à la fois une conductivité ionique et une résistance mécanique élevées a été obtenu.
Les résultats de cette étude ont le potentiel de créer des innovations dans la robotique douce et la technologie portable car ils peuvent être appliqués au développement d’un muscle artificiel sans précédent qui connecte une batterie portable (1,5 V), produit une commutation rapide de plusieurs millisecondes (millièmes de seconde ), et une grande force. De plus, ces résultats devraient être appliqués dans les dispositifs électrochimiques entièrement solides de nouvelle génération et les batteries au lithium métal hautement stables.
Rui-Yang Wang et al, Électrolytes polymères bifonctionnels superioniques pour le stockage et la conversion d’énergie à l’état solide, Matériaux avancés (2022). DOI : 10.1002/adma.202203413
Fourni par l’Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH)