L’essor des robots en riz, vers des matériaux intelligents actifs

Le riz devient plus faible lorsqu’il est compressé rapidement, tout en restant plus résistant sous une pression lente – une découverte qui permet aux scientifiques de concevoir un nouveau matériau pouvant être utilisé pour construire des robots « mous » qui changent de rigidité automatiquement et des équipements de protection qui s’adaptent à la vitesse d’impact.

Les chercheurs ont exploité cet effet pour concevoir un nouveau « métamatériau » – une structure composite artificiellement conçue pour se comporter de manière impossible pour les matériaux naturels.

En publiant leurs découvertes dans Matter, l’équipe de recherche internationale dirigée par l’Université de Birmingham révèle que lorsque des grains de riz entassés sont chargés à différentes vitesses, leur réponse mécanique change considérablement.

Cet affaiblissement à vitesse plus élevée, connu sous le nom d’« assouplissement en fonction de la vitesse », n’est pas courant dans la plupart des matériaux. Il se produit parce que la friction entre les grains chute brutalement à haute vitesse, affaiblissant les réseaux de forces internes qui supportent normalement la charge.

Ils ont combiné des unités granulaires à base de riz avec des matériaux comme le sable qui se renforcent sous des charges rapides – créant ainsi un matériau granulaire qui peut se plier, se déformer ou se raidir différemment sous des mouvements lents par rapport à des impacts soudains – sans électronique, capteurs ou contrôle actif.

Le Dr Mingchao Liu, de l’Université de Birmingham, a affirmé : « Le riz est peut-être surtout connu comme un aliment de base à l’échelle mondiale, mais il est rarement associé à l’ingénierie de pointe. Notre recherche montre qu’il peut former la base d’une nouvelle classe de matériaux fonctionnels.

« Plutôt que de traiter ce phénomène comme une curiosité, nous l’avons transformé en un principe de conception. Cette approche nous a permis de créer un matériau qui peut se plier, se déformer ou se raidir différemment sous des mouvements lents par rapport à des impacts soudains – sans électronique, capteurs ou contrôle actif. Au lieu de dire à une structure comment réagir, nous laissons la physique décider : les charges rapides déclenchent un comportement, les charges lentes un autre. »

Plus largement, ce travail démontre comment la matière granulaire quotidienne peut être transformée en systèmes conçus pour répondre intelligemment grâce à leur mécanique intrinsèque.

De tels métamatériaux sensibles à la vitesse pourraient permettre des solutions novatrices en robotique douce – créant des machines plus légères, plus sûres et plus adaptables que les robots métalliques traditionnels. Cela les rendrait idéales pour travailler avec des humains, explorer des environnements hostiles et effectuer des tâches délicates telles que l’assistance chirurgicale.

Fonctionnant sans électronique, alimentation ou capteurs, le matériau pourrait également être utilisé pour créer des équipements de protection qui s’adaptent instantanément à la vitesse d’impact : absorber l’énergie ou se déformer en toute sécurité sous un choc pour protéger le porteur de blessures.

Article : Rate Dependence in Granular Matter with Application to Tunable Metamaterials – Journal : Matter – Méthode : Experimental study

Source : Birmingham U.