L’équipe de recherche du professeur Anupam Pandey, du département de génie mécanique et aérospatial, a découvert que des plis microscopiques dans les matériaux souples peuvent agir comme de minuscules portes de circulation programmables pour les gouttes de liquide. Ces plis peuvent arrêter les gouttes, les laisser passer ou les fusionner, sans aucun revêtement de surface ni matériel supplémentaire. Fait remarquable, les gouttes ne touchent jamais le pli. Elles le perçoivent à distance et ralentissent, s’arrêtent net ou changent de trajectoire en réaction.
Les chercheurs ont travaillé avec des « plis » — des replis étroits, orientés vers le bas et en contact avec eux-mêmes, qui se forment lorsqu’une surface souple, de type caoutchouc, est comprimée. Ils ont constaté que ces plis courbent la surface autour d’eux, créant une barrière énergétique que la goutte perçoit à distance. Les gouttes plus petites qu’une taille critique s’arrêtent net avant même de l’atteindre, tandis que les plus grosses passent sans encombre, ce qui crée un seuil net.
Modifier le degré de compression de la surface change le seuil de taille, ce qui permet de reprogrammer à la volée un même pli pour bloquer ou admettre différentes gouttes. Cet effet est disproportionné : comprimer 15 pour cent de plus multiplie par quatre la taille seuil. « Ce à quoi nous ne nous attendions pas, c’est que des gouttes de tailles différentes ne perçoivent pas la même chose », explique Anupam Pandey, auteur principal de l’étude. « Les grosses réagissent à l’inclinaison du pli, les petites à la vitesse à laquelle cette inclinaison change. »
En s’appuyant sur cet effet de portail élémentaire, l’équipe a montré que les plis peuvent être agencés pour accomplir des tâches plus complexes : guider les gouttes le long de trajets définis, les trier par taille ou par tension de surface, stocker une sorte de « mémoire » des gouttes qui garde la trace des entrées passées, transformer un flux de gouttes en impulsions moins nombreuses et plus grosses, et même effectuer des opérations logiques semblables à celles des circuits électroniques.
Dans une démonstration, l’équipe a acheminé deux flux de gouttes vers un seul pli pour construire un demi-additionneur, l’unité arithmétique à la base de tout processeur. Tout cela a été réalisé en n’utilisant que l’état mécanique de la surface elle-même. « Comme le pli apparaît et disparaît avec la compression, le circuit est réinscriptible », explique Pandey. « Nous pouvons désactiver une porte, laisser tout passer, puis la réactiver. Rien n’est gravé de façon permanente dans la surface, et le contrôle se résume à une seule variable mécanique. »
Parce que ces surfaces sont simples à fabriquer et ne nécessitent ni piles, ni moteurs, ni circuits intégrés, les chercheurs estiment que cette approche pourrait être utile aux dispositifs de diagnostic portables qui analysent de petits échantillons de liquide, ainsi qu’aux systèmes qui récupèrent l’eau du brouillard ou de l’air humide.
Article : Creases gate and steer droplets via elastocapillary repulsion – Journal : Proceedings of the National Academy of Sciences | Les coauteurs de l’article sont Zixuan Wu, chercheur postdoctoral dans le groupe de Pandey ; Gavin Linton, étudiant de premier cycle en génie mécanique et aérospatial ; et Stefan Karpitschka, professeur de physique à l’université de Constance, en Allemagne. DOI : 10.1073/pnas.260075812
Source : Syracuse University
