Imaginez un minuscule robot, pas plus grand qu’une feuille, glissant à la surface d’un étang comme un araignée d’eau. Un jour, des appareils comme celui-ci pourraient détecter les polluants, prélever des échantillons d’eau ou explorer des zones inondées trop dangereuses pour les humains.
Baoxing Xu, professeur d’ingénierie mécanique et aérospatiale à la faculté d’ingénierie et de sciences appliquées de l’université de Virginie, est le pionnier d’une méthode pour les construire. Dans une nouvelle étude publiée dans Science Advances, les recherches de M. Xu présentent HydroSpread, une méthode de fabrication unique en son genre qui pourrait avoir un impact considérable sur le domaine en pleine expansion de la robotique souple. Cette innovation permet aux scientifiques de fabriquer des dispositifs souples et flottants directement sur l’eau, une technologie qui pourrait être utilisée dans des domaines allant des soins de santé à l’électronique en passant par la surveillance environnementale.
Jusqu’à présent, les films minces et souples utilisés en robotique souple devaient être fabriqués sur des surfaces rigides comme le verre, puis décollés et transférés dans l’eau, un processus délicat qui entraînait souvent la déchirure des films. HydroSpread contourne ce problème en utilisant le liquide lui-même comme « établi ». Des gouttelettes de polymère liquide peuvent se répandre naturellement en feuilles ultrafines et uniformes à la surface de l’eau. À l’aide d’un laser finement réglé, l’équipe de Xu peut ensuite découper ces feuilles en motifs complexes (cercles, bandes, voire le logo UVA) avec une précision remarquable.
En utilisant cette approche, les chercheurs ont construit deux prototypes ressemblant à des insectes :
- HydroFlexor, qui pagaie à la surface en effectuant des mouvements semblables à ceux des nageoires.
- HydroBuckler, qui « marche » vers l’avant en pliant les pattes, inspiré des araignées d’eau.
En laboratoire, l’équipe a alimenté ces dispositifs à l’aide d’un radiateur infrarouge suspendu. À mesure que les films se réchauffaient, leur structure en couches se pliait ou se courbait, créant des mouvements de nage ou de marche. En activant et désactivant la chaleur, les dispositifs pouvaient ajuster leur vitesse et même tourner, prouvant ainsi qu’il était possible d’obtenir des mouvements contrôlés et répétables. Les versions futures pourraient être conçues pour réagir à la lumière du soleil, aux champs magnétiques ou à de minuscules radiateurs intégrés, ouvrant la voie à des robots souples autonomes capables de se déplacer et de s’adapter par eux-mêmes.
« La fabrication du film directement sur un liquide nous offre un niveau d’intégration et de précision sans précédent », a déclaré M. Xu. « Au lieu de construire sur une surface rigide puis de transférer le dispositif, nous laissons le liquide faire le travail pour fournir une plate-forme parfaitement lisse, ce qui réduit les défaillances à chaque étape. »
Le potentiel dépasse le cadre des robots souples. En facilitant la formation de films délicats sans les endommager, « HydroSpread » pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour la création de capteurs médicaux portables, d’électronique flexible et de moniteurs environnementaux, des outils qui doivent être fins, souples et durables dans des environnements où les matériaux rigides traditionnels ne fonctionnent pas.
À propos du chercheur
Baoxing Xu est un expert de renommée nationale en mécanique, structures conformes et ingénierie bio-inspirée.
Son laboratoire à l’UVA Engineering se concentre sur la transposition de stratégies issues de la nature, telles que la mécanique délicate de la locomotion des insectes, en dispositifs résilients et fonctionnels destinés à l’usage humain. Ces travaux, soutenus par la National Science Foundation et 4-VA, ont été menés au sein du département de génie mécanique et aérospatial de l’UVA.
Les chercheurs diplômés et non diplômés du groupe de Xu ont joué un rôle central dans les expériences, acquérant une expérience pratique des techniques de fabrication et de robotique de pointe.
Article : « Processing soft thin films on liquid surface for seamless creation of on-liquid walkable devices » – DOI : 10.1126/sciadv.ady9840
Source : Virginia U.
