Des scientifiques anglais ont mis au point des batteries en gelée souple et extensible, ouvrant la voie à des applications innovantes dans les dispositifs portables, la robotique douce et même les implants cérébraux pour le traitement de l’épilepsie.
Les chercheurs se sont inspirés des anguilles électriques, qui paralysent leurs proies grâce à des cellules musculaires modifiées appelées électrocytes. À l’instar des électrocytes, les matériaux gélatineux développés par les chercheurs de Cambridge possèdent une structure en couches, semblable à des Lego collants, leur permettant de délivrer un courant électrique.
Propriétés exceptionnelles des batteries en gelée
Les batteries en gelée, capables de s’étirer jusqu’à plus de dix fois leur longueur initiale sans affecter leur conductivité, représentent une première mondiale.
Composées d’hydrogels, des réseaux tridimensionnels de polymères contenant plus de 60 % d’eau, les batteries en gelée se distinguent par leurs interactions réversibles on/off qui contrôlent les propriétés mécaniques du gel.
La capacité à contrôler précisément les propriétés mécaniques et à imiter les caractéristiques des tissus humains rend les hydrogels idéaux pour la robotique douce et la bioélectronique. Cependant, ils doivent être à la fois conducteurs et extensibles pour ces applications.
« Il est difficile de concevoir un matériau à la fois hautement extensible et hautement conducteur, car ces deux propriétés sont généralement opposées », a déclaré Stephen O’Neill, auteur principal de l’étude.
Adhésion et conductivité des hydrogels
Les hydrogels adhèrent fortement entre eux grâce à des liaisons réversibles formées par des molécules en forme de tonneau appelées cucurbiturils, agissant comme des menottes moléculaires. Cette forte adhésion permet aux batteries en gelée de s’étirer sans que les couches ne se séparent, tout en maintenant leur conductivité.
« Normalement, les hydrogels sont composés de polymères à charge neutre, mais en les chargeant, ils peuvent devenir conducteurs », a expliqué Dr Jade McCune, co-auteur de l’étude.
Les propriétés des batteries en gelée les rendent prometteuses pour une utilisation future dans les implants biomédicaux, car elles sont souples et s’adaptent aux tissus humains. « Nous pouvons personnaliser les propriétés mécaniques des hydrogels pour qu’elles correspondent aux tissus humains », a affirmé le professeur Oren Scherman.
En plus de leur douceur, les hydrogels sont également étonnamment résistants. Ils peuvent supporter des compressions sans perdre leur forme originale et se régénérer lorsqu’ils sont endommagés.
Les chercheurs prévoient des expériences futures pour tester les hydrogels sur des organismes vivants afin d’évaluer leur adéquation à diverses applications médicales. Cette recherche a été financée par le Conseil européen de la recherche et le Conseil de recherche en ingénierie et sciences physiques (EPSRC), faisant partie de la Recherche et innovation au Royaume-Uni (UKRI).
Article : Stephen J.K. O’Neill et al. ‘Highly Stretchable Dynamic Hydrogels for Soft Multilayer Electronics.’ Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn5142
