Les robots flexibles, les dispositifs médicaux et les appareils portables font partie intégrante de notre quotidien. Une équipe de chercheurs coréens a mis au point un interrupteur fluidique utilisant des muscles artificiels en polymère ionique. Cet interrupteur fonctionne à une puissance ultra-faible et produit une force 34 fois supérieure à son poids.
Un interrupteur fluidique innovant
Les robots souples, les dispositifs médicaux et les appareils portables ont imprégné notre vie quotidienne. Les chercheurs de KAIST ont développé un interrupteur fluidique utilisant des muscles artificiels en polymère ionique qui fonctionne à une puissance ultra-faible et produit une force 34 fois supérieure à son poids.
Les interrupteurs fluidiques contrôlent le flux de fluide, provoquant le flux de fluide dans une direction spécifique pour invoquer divers mouvements.
Le Président Kwang-Hyung Lee du KAIST a annoncé qu’une équipe de recherche dirigée par le professeur IlKwon Oh du département de génie mécanique a développé un interrupteur fluidique souple qui fonctionne à une tension ultra-faible et peut être utilisé dans des espaces étroits.
Les muscles artificiels et leur utilisation
Les muscles artificiels imitent les muscles humains et offrent des mouvements flexibles et naturels par rapport aux moteurs traditionnels, ce qui en fait l’un des éléments de base utilisés dans les robots souples, les dispositifs médicaux et les appareils portables. Ces muscles artificiels créent des mouvements en réponse à des stimuli externes tels que l’électricité, la pression de l’air et les changements de température, et pour utiliser ces muscles artificiels, il est important de contrôler ces mouvements avec précision.
Un nouveau type d’interrupteur fluidique
Les interrupteurs basés sur les moteurs existants étaient difficiles à utiliser dans des espaces limités en raison de leur rigidité et de leur grande taille. Pour résoudre ces problèmes, l’équipe de recherche a développé un actionneur souple électro-ionique qui peut contrôler le flux de fluide tout en produisant une grande quantité de force, même dans un tuyau étroit, et l’a utilisé comme un interrupteur fluidique souple.
Le muscle artificiel en polymère ionique développé par l’équipe de recherche est composé d’électrodes métalliques et de polymères ioniques, et il génère de la force et du mouvement en réponse à l’électricité. Un cadre organique covalent polysulfoné (pS-COF) fabriqué en combinant des molécules organiques sur la surface de l’électrode du muscle artificiel a été utilisé pour générer une quantité impressionnante de force par rapport à son poids avec une puissance ultra-faible (~0.01V).
En synthèse
En conséquence, le muscle artificiel, qui a été fabriqué pour être aussi mince qu’un cheveu avec une épaisseur de 180 µm, a produit une force plus de 34 fois supérieure à son poids léger de 10 mg pour initier un mouvement doux. Grâce à cela, l’équipe de recherche a pu contrôler avec précision la direction du flux de fluide avec une faible puissance.
Le professeur IlKwon Oh, qui a dirigé cette recherche, a déclaré : « L’interrupteur fluidique souple électrochimique qui fonctionne à une puissance ultra-faible peut ouvrir de nombreuses possibilités dans les domaines des robots souples, de l’électronique souple et de la microfluidique basée sur le contrôle des fluides ».
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Il a ajouté : « Des fibres intelligentes aux dispositifs biomédicaux, cette technologie a le potentiel d’être immédiatement mise en œuvre dans divers contextes industriels car elle peut être facilement appliquée à des systèmes électroniques ultra-petits dans notre vie quotidienne ».
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un interrupteur fluidique ?
Un interrupteur fluidique est un dispositif qui contrôle le flux de fluide, provoquant le flux de fluide dans une direction spécifique pour invoquer divers mouvements.
Qu’est-ce qu’un muscle artificiel ?
Un muscle artificiel est un dispositif qui imite les muscles humains et offre des mouvements flexibles et naturels par rapport aux moteurs traditionnels.
Qu’est-ce qu’un actionneur souple électro-ionique ?
Un actionneur souple électro-ionique est un dispositif qui peut contrôler le flux de fluide tout en produisant une grande quantité de force, même dans un tuyau étroit.
Qu’est-ce qu’un cadre organique covalent polysulfoné (pS-COF) ?
Un pS-COF est un matériau fabriqué en combinant des molécules organiques sur la surface de l’électrode du muscle artificiel. Il a été utilisé pour générer une quantité impressionnante de force par rapport à son poids avec une puissance ultra-faible.
Quelles sont les applications potentielles de cette technologie ?
Cette technologie a le potentiel d’être immédiatement mise en œuvre dans divers contextes industriels, des fibres intelligentes aux dispositifs biomédicaux, car elle peut être facilement appliquée à des systèmes électroniques ultra-petits dans notre vie quotidienne.
Références
Légende illustration : Figure 1. Séparation de gouttelettes de fluide à l’aide d’un commutateur à fluide doux à très basse tension. Crédit : KAIST
Les résultats de cette étude, à laquelle a participé en tant que premier auteur le Dr Manmatha Mahato, professeur de recherche au département de génie mécanique de KAIST, ont été publiés dans la revue académique internationale Science Advances le 13 décembre 2023. (Titre de l’article : Polysulfonated Covalent Organic Framework as Active Electrode Host for Mobile Cation Guests in Electrochemical Soft Actuator). DOi: DOI: 10.1126/sciadv.adk9752
