Les secrets du monde naturel continuent d’inspirer l’innovation humaine. Des structures cellulaires aux squelettes légers mais solides, notre environnement offre des modèles qui sont à la base de nombreuses réalisations technologiques.
Prenons par exemple le miel dans la ruche ou les os dans notre corps. Ils sont tous deux des exemples de structures complexes qui ont été utilisées comme source d’inspiration pour créer de nouveaux matériaux aux propriétés mécaniques fascinantes.
La Structure cellulaire : une source d’inspiration
Les solides cellulaires sont des matériaux composés de nombreuses cellules emballées ensemble, comme un rayon de miel. La forme de ces cellules détermine en grande partie les propriétés mécaniques du matériau, telles que sa rigidité ou sa résistance. Les os, par exemple, sont remplis d’un matériau naturel qui les rend légers, mais rigides et solides.
Inspirés par les os et autres solides cellulaires trouvés dans la nature, les humains ont utilisé le même concept pour développer des matériaux architecturés. En changeant la géométrie des cellules unitaires qui composent ces matériaux, les chercheurs peuvent personnaliser les propriétés mécaniques, thermiques ou acoustiques du matériau. Ces matériaux sont utilisés dans de nombreuses applications, de la mousse d’emballage absorbant les chocs aux radiateurs régulant la chaleur.
Kirigami : une approche innovante
En utilisant le kirigami, l’art japonais ancien de plier et couper le papier, des chercheurs du MIT ont fabriqué un type de matériau de haute performance connu sous le nom de treillis de plaques, à une échelle beaucoup plus grande que celle précédemment réalisée. Cette technique leur permet de créer ces structures à partir de métaux ou d’autres matériaux avec des formes personnalisées et des propriétés mécaniques spécifiquement adaptées.
“Ce matériau est comme un liège d’acier. Il est plus léger que le liège, mais avec une résistance et une rigidité élevées,” dit le professeur Neil Gershenfeld, qui dirige le Center for Bits and Atoms (CBA) au MIT et est l’auteur principal d’un nouvel article sur cette approche.
Les chercheurs ont développé un processus de construction modulaire où de nombreux petits composants sont formés, pliés, et assemblés en formes 3D. En utilisant cette méthode, ils ont fabriqué des structures ultralégères et ultra-résistantes, ainsi que des robots qui, sous une charge spécifiée, peuvent se transformer et maintenir leur forme.
Applications potentielles et futuristes
Parce que ces structures sont légères mais solides, rigides et relativement faciles à produire en série à grande échelle, elles pourraient être particulièrement utiles dans les composants architecturaux, aéronautiques, automobiles ou aérospatiaux.
Les chercheurs ont surmonté les défis de fabrication en utilisant le kirigami, une technique permettant de réaliser des formes 3D en pliant et découpant du papier. Cette méthode a été utilisée pour produire des treillis de plaques à partir de plis en zigzag partiellement pliés. Le kirigami, connu des artistes japonais depuis le 7e siècle, ouvre des portes à une utilisation plus large de cette structure de plaque faite de métaux.
En synthèse
Ce travail fascinant du MIT nous montre comment la nature continue de guider nos innovations. L’utilisation du kirigami pour créer des structures en treillis offre un équilibre entre légèreté et résistance. Ces matériaux pourraient bien être la clé de nombreuses applications futures dans divers domaines tels que l’architecture et l’ingénierie aérospatiale. Le potentiel semble immense, et les perspectives d’avenir sont captivantes.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le kirigami ?
Le kirigami est l’art japonais de plier et couper le papier pour créer des formes 3D.
Comment le kirigami a-t-il été utilisé dans cette recherche ?
Il a été utilisé pour créer des structures en treillis, qui sont des structures ultralégères et ultra-résistantes avec des propriétés mécaniques personnalisées.
Quelles sont les applications potentielles de cette recherche ?
Les applications incluent les composants architecturaux, automobiles, aéronautiques et aérospatiaux, offrant légèreté et résistance.
Quelles sont les innovations clés de cette recherche ?
L’utilisation de la technique du kirigami pour créer des structures complexes à grande échelle, avec la possibilité de contrôler précisément la rigidité et la résistance.
Paper: “Kirigami Corrugations: Strong, Modular, and Programmable Plate Lattices” / http://cba.mit.edu/docs/papers/0821.ASME-Kirigami.pdf
Article adapté du contenu de l’auteur Adam Zewe
Images / Crédit MIT / Fournies gracieusement par les chercheurs
